摘要：現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)實(shí)時時鐘的溫度補(bǔ)償?shù)倪^程中，需要CPU和模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC進(jìn)行配合，而它們的功耗比較大，這就導(dǎo)致溫度補(bǔ)償運(yùn)行時消耗較大的功耗，如果有一種低功耗的溫度補(bǔ)償方式，無疑對于系統(tǒng)電池供電將非常有利。
　　關(guān)鍵詞：實(shí)時時鐘；計(jì)算機(jī)；溫度補(bǔ)償
　　中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A
　　文章編號：1009-3044（2019）11-0283-02
　　本文提出一種實(shí)時時鐘的自動溫度補(bǔ)償?shù)姆椒�，通過兩個時鐘驅(qū)動的計(jì)數(shù)器來記錄溫度從而進(jìn)行溫度補(bǔ)償，不需要模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC和CPU參與，大大降低運(yùn)行時消耗的功耗。
　　1 研究的背景及意義
　　在不同溫度下晶振輸出時鐘產(chǎn)生偏差，作為實(shí)時時鐘就是靠這個晶振計(jì)數(shù)計(jì)時，晶振輸出的周期數(shù)量不夠或者過多都會導(dǎo)致時間產(chǎn)生偏差。
　　溫度的不穩(wěn)定是許多計(jì)算機(jī)應(yīng)用面臨的問題，特別是那些工作在寬溫范圍的應(yīng)用（如：室外嵌入式工業(yè)/通信系統(tǒng)的設(shè)備）。當(dāng)器件工作在溫度變化較大的環(huán)境中，頻率隨溫度的變化將成為影響計(jì)時精度的主要因素。
　　可通過計(jì)算得到晶振偏差帶來的時間偏差，使用32.768kHZ時鐘來計(jì)數(shù)，芯片極端溫度120度情況下是300PPM，這樣每天的秒數(shù)是sec = 24x60x60=86400 ，每天偏差的時間就是sec*300PPM=86400x300/1000000=25.92， 這樣可以看出來每天偏差幾乎是半分鐘了。
　　因此，帶溫度補(bǔ)償?shù)膶?shí)時時鐘芯片的需求正在不斷增加，其應(yīng)用涉及電表、工業(yè)、通信等帶有部分嵌入式付費(fèi)系統(tǒng)的設(shè)備、全球衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)及其他行業(yè)應(yīng)用。
　　2 現(xiàn)有時鐘溫度補(bǔ)償方式
　　現(xiàn)有的實(shí)時時鐘的溫度補(bǔ)償方式 如圖1所示。用模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC將溫度傳感器采集的模擬溫度值轉(zhuǎn)化為數(shù)字值，將其處理之后即可作為補(bǔ)償表存儲器的地址，該地址中存放的數(shù)據(jù)正是這個溫度下的補(bǔ)償值，用這個補(bǔ)償值即可以對振蕩電路的電容和實(shí)時時鐘的秒時標(biāo)計(jì)數(shù)器進(jìn)行補(bǔ)償。在補(bǔ)償?shù)倪^程中，需要CPU和模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC進(jìn)行配合，而CPU和ADC是功耗比較大的，這就導(dǎo)致溫度補(bǔ)償裝置運(yùn)行時消耗較大的功耗，如果有一種低功耗的溫度補(bǔ)償方式，無疑對于系統(tǒng)電池供電將非常有利。
　　3低功耗的溫度補(bǔ)償方式與實(shí)現(xiàn)
　　3.1 研究思路
　　與現(xiàn)有的溫度補(bǔ)償方式不同，采用計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)的方法來記錄補(bǔ)償溫度，在運(yùn)行過程中不需要CPU和模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC參與，可以降低成本，并且大大降低了運(yùn)行功耗。
　　3.2 低功耗的溫度補(bǔ)償設(shè)計(jì)方法
　　通過計(jì)數(shù)器來對兩個溫度時鐘信號進(jìn)行計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)計(jì)時和計(jì)溫，具體來說希望利用溫度傳感器產(chǎn)生兩個溫度時鐘信號，其中一個溫度時鐘信號振蕩頻率與溫度無關(guān)并用于計(jì)時，另一個溫度時鐘信號振蕩頻率與溫度成近似的線性關(guān)系并用于計(jì)溫，將計(jì)時結(jié)束時得到的計(jì)溫值進(jìn)行處理得到溫度補(bǔ)償值，如圖2所示。
　　3.3 低功耗溫度補(bǔ)償方式的實(shí)現(xiàn)
　　如圖2所示，溫度傳感器產(chǎn)生兩個溫度時鐘信號，經(jīng)計(jì)數(shù)器獲得計(jì)數(shù)值，然后計(jì)數(shù)值傳至數(shù)字處理模塊并被其進(jìn)行處理，獲得地址值。使用地址值尋址補(bǔ)償表存儲器，找到對應(yīng)溫度的補(bǔ)償值，對振蕩電路和實(shí)時時鐘中的秒時鐘計(jì)數(shù)器進(jìn)行補(bǔ)償，完成自動溫度補(bǔ)償。
　　晶體電路，產(chǎn)生時鐘信號，并將其傳至振蕩電路用于整形，最后經(jīng)過實(shí)時時鐘的識別，對其周期進(jìn)行計(jì)數(shù)。
　　溫度傳感器產(chǎn)生振蕩頻率與溫度無關(guān)的溫度時鐘信號CLK_X和振蕩頻率與溫度相關(guān)的溫度時鐘信號CLK_Y，這兩個時鐘的頻率之間必然有一個微小的偏差，通過對這兩個溫度時鐘進(jìn)行一定數(shù)量的計(jì)數(shù)，可以將將這個偏差進(jìn)行放大。
　　兩個并聯(lián)的計(jì)數(shù)器1和計(jì)數(shù)器2對其進(jìn)行計(jì)數(shù)，其中計(jì)數(shù)器1接收溫度時鐘信號CLK_X，計(jì)數(shù)器2接收溫度時鐘信號CLK_Y，然后數(shù)字處理器接收計(jì)數(shù)器1和計(jì)數(shù)器2的計(jì)數(shù)值進(jìn)行處理，地址值尋址補(bǔ)償表存儲器得到對應(yīng)溫度時的補(bǔ)償值，該補(bǔ)償值對實(shí)時時鐘的晶體振蕩器和實(shí)時時鐘秒時標(biāo)計(jì)數(shù)器進(jìn)行補(bǔ)償，完成自動溫度補(bǔ)償。
　　計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)的溫度補(bǔ)償方法中，計(jì)數(shù)器1和計(jì)數(shù)器2同時對這兩個溫度時鐘信號進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)振蕩頻率與溫度無關(guān)的計(jì)數(shù)器1計(jì)到一定的值后，振蕩頻率與溫度相關(guān)的計(jì)數(shù)器2的計(jì)數(shù)值和當(dāng)前補(bǔ)償溫度之間即有了一一對應(yīng)的關(guān)系，將計(jì)數(shù)器2的計(jì)數(shù)值經(jīng)過數(shù)字處理，即得到溫度補(bǔ)償值。
　　3.3.1 計(jì)數(shù)器和時鐘信號頻率解析
　　當(dāng)計(jì)數(shù)器1將溫度無關(guān)的溫度時鐘信號計(jì)數(shù)到M值時，計(jì)數(shù)器2將溫度相關(guān)的溫度時鐘信號也計(jì)數(shù)到N值，在不同的溫度下，這個N值是不同的，這樣計(jì)數(shù)器2的計(jì)數(shù)值N即和當(dāng)前的補(bǔ)償溫度有了一一對應(yīng)的關(guān)系，如圖3所示。
　　計(jì)數(shù)器1計(jì)數(shù)到M值所需要的時間要小于自動溫度補(bǔ)償?shù)臅r間間隔，為了滿足降低功耗、在不同溫度時保證計(jì)數(shù)器2的計(jì)數(shù)值N能夠產(chǎn)生變化這兩個條件，M值應(yīng)盡可能小，又不能太小，故M值應(yīng)該根據(jù)自動溫度補(bǔ)償?shù)臅r間間隔，所測的溫度點(diǎn)的個數(shù)以及CLK_X和CLK_Y的頻率差別來選取。
　　3.3.2尋址存儲方式解析
　　補(bǔ)償表存儲器存儲的溫度補(bǔ)償值與計(jì)數(shù)器2的關(guān)系示意圖，如圖4所示。
　　此時將計(jì)數(shù)器2得到的計(jì)數(shù)值 N減去一個偏移值W，得到尋址表存儲器的地址。因?yàn)樵诿總�溫度下，得到的N值和減掉的偏移值W唯一，故得到的尋址存儲器的地址值也是唯一的。另外，補(bǔ)償表存儲器中已經(jīng)存放好了溫度補(bǔ)償表，用剛才所得的地址值去尋址補(bǔ)償表存儲器，即可以得到當(dāng)前溫度下的補(bǔ)償值，該補(bǔ)償值可作用于振蕩電路和實(shí)時時鐘的秒時標(biāo)計(jì)數(shù)器。
　　4 帶溫度補(bǔ)償?shù)膶?shí)時時鐘預(yù)期效果及展望
　　4.1應(yīng)用前景
　　在不同溫度下晶振輸出時鐘產(chǎn)生偏差，作為實(shí)時時鐘就是靠這個晶振計(jì)數(shù)計(jì)時，在一些工作在寬溫范圍的應(yīng)用中，當(dāng)器件工作在溫度變化較大的環(huán)境中，可以自動進(jìn)行溫度補(bǔ)償頻率，提高計(jì)時精度，并進(jìn)一步降低功耗。
　　4.2對消費(fèi)者的影響
　　帶溫度補(bǔ)償?shù)膶?shí)時時鐘可以應(yīng)用涉及電表、工業(yè)、通信等帶有部分嵌入式付費(fèi)系統(tǒng)的設(shè)備、全球衛(wèi)星導(dǎo)航接收機(jī)及其他行業(yè)應(yīng)用，如果涉及付費(fèi)系統(tǒng)，數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確性會增加用戶投訴及用戶滿意度和體驗(yàn)，本文的溫度補(bǔ)償方法可以提高消費(fèi)者數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，對用戶來說滿意度更高。
　　5 結(jié)束語
　　本文的實(shí)時時鐘溫度補(bǔ)償方法，與現(xiàn)有的溫度補(bǔ)償方式相比，在運(yùn)行過程中不需要CPU進(jìn)行干預(yù)，也無須模數(shù)傳感器ADC的參與，既可以降低成本，又可以每次溫度補(bǔ)償完成后，將溫度傳感器產(chǎn)生的兩個溫度時鐘信號進(jìn)行關(guān)閉，直到下次進(jìn)行溫度補(bǔ)償時再進(jìn)行開啟，自動修正，提高了準(zhǔn)確性并使功耗降到最低。
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　　【通聯(lián)編輯：光文玲】

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