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RTC电池能用多久？与哪些因素有关？
▼关注下方公众号了解更多▼ 一、 摘要 现在几乎所有的电子产品都带RTC功能，因此RTC电池的寿命肯定是越长越好。 二、 问题描述 本案例是一个带RTC功能的工业产品，RTC部分的供电电路如下下图，产品发往市场半年以后，就提示更换RTC电池，远远低于设计寿命5年。 图1-有问题的RTC电池供电电路 三、 原因分析 产品返回公司以后，我们更换上新的RTC电池，串联高精度万用表进去测量电流，发现RTC的工作电流高达100uA, 和我们设计的5uA有很大的差距。我们怀疑的点有： 1、二极管D3漏电流太大，设备断电时，通过D3倒流到系统的电源上。 2、RTC芯片影响，原来的RTC芯片为NXP-PCF8563P，手册描述备用电源时功耗为0.25uA；中途有更换国产RTC； 3、RTC电源线路上有漏电路，例如电容的漏电流 4、电阻R71影响。 我们通过排除法，先排除D3，因为去除D3，电流只减小1uA左右；接着排除RTC电源上电容等漏电流，因为去除电容电流依然有100uA左右。 将RTC芯片更换为NXP-PCF8563P。电流正常，大约只有4uA。接着我们换回国产RTC，同时将电阻更换为100R，则电流也正常，只有4uA左右。 于是我们引出两个疑问: （1）RTC电源上的串联电阻多少合适？ （2）为何串联10K的限流电阻会导致RTC芯片不仅没有变小，反而电流增大； 1. RTC电源串联电阻阻值多少合适？ RTC电源上串联的电阻阻值在网络上的争论一直在，有人说0R，有人说1K、10K等各种阻值，但是能够理论讲清楚的基本没有。 首先我们 要明白这个电阻的目的：限流。参考各个厂商的一次性纽扣电池，以阳光动力的CR2025为例，其他品牌类似，厂家要求电池在任何情况下都不允许短路，否则有可能炸裂或者爆炸。因此，一旦发生后级短路时，限流电阻必须将电流限定在最大持续放电电流以内，运行产品工作不正常，但是不允许产品起火甚至爆炸。 因此该型号的限流电阻最小值为 R=V/I=3V/3mA=1KΩ；对于电池来说，电阻可以比该阻值大，但是不能比该阻值小。 图2-电池厂家的电池规格要求 2. 串联10K电阻为何电流变大 ？ 回答问题前，我们先了解一下RTC芯片的特性： （1）、RTC芯片有两种工作模式，一种是正常工作模式，一种是备用电源工作模式，如下图，两者的供电电流可以相差200倍； （2）、每一种模式下，RTC芯片都可以理解为一个恒流源，比如电池模式需要1uA左右，正常模式需要200uA左右； （3）、RTC的芯片的电压范围非常广，可以在1.5V~5.5V之间都可以正常工作。 RTC芯片可以理解为一个电流源，串联一个10K的电阻，当流过电流为100uA时，在电阻上的压降将会达到1V，如果此时电池电压只有2.6V，则RTC芯片的工作电压只有1.6V，如果电池电压更小，RTC芯片获得的电压更低，由于RTC芯片工作电压范围很广，但是需要的电流是基本不变的，为了获得足够的电流，RTC芯片可以理解为进一步降低阻抗，导致电流进一步加大。 国产芯片可能在正常工作模式和备用电源模式之间的切换的逻辑不够清晰，导致使用电池的时候也进入正常工作模式。（此为猜测，没有从厂商的资料中找到根据）。 图3-RTC芯片的直流工作参数 四、 解决方案 经过上述分析可知，为了延长电池的寿命，主要降低RTC回路上的电流。回路上的损耗主要有：电阻、二极管、RTC芯片、电容。 1、RTC电池模式电流 目前大部分的厂家的RTC芯片在电池模式下可以做到几百nA到1uA左右，因此RTC电流可以按照1uA进行估算。 2、二极管的漏电流 二极管的主要损耗在于漏电流，因此需要选择漏电流尽可能小的二极管，下图是BAS70系列二极管的漏电流的曲线图，为例保守起见，也可以按照1uA进行估算。 图4-BAS70系列二极管漏电流 /温度/电压曲线 3、电容损耗 电容的损耗主要也是体现在漏电流，RTC电池对电源要求不高，因此使用100nF的电容滤波即可，漏电流可以评估约0.5uA。 图5- 常见陶瓷电容漏电流 4、电阻损耗 经过上述分析，总的电流=二极管漏电流+RTC芯片电流+电容漏电流=1uA+1uA+0.5uA=2.5uA。电阻一般可以选择1K。RTC芯片和电阻为串联关系。1K电阻1uA的压降 ： V=IR=1K*2.5uA=0.0025V 功率为 p1=U*U/R=0.0025V*0.0025V/1000=0.00625uW RTC芯片的功率 P2=UI=（3V-0.2V-0.0025V）*1uA=2.7975uW 电阻的损耗占比=P1/P2=0.089%，因此电阻的损耗基本可以忽略不计。 5、电池的寿命估算 以阳光动力电池CR2025为例，电池自放电损失约每年1%，标称容量为150mAH，上述案例的寿命评估 T=150mAh*95%/（二极管漏电流1uA+RTC电流1uA+电容漏电流0.5uA）=57000H≈6.5年。 6、最终的解决方案 以阳光动力电池CR2025为例，二极管更换为更低漏电流1uA左右的BAS70系列，电阻只串联在电池上，只防电池短路，限制电流在3mA。 图6- 改善后的RTC供电电路 五、 总结 本文回复了RTC的两个问题。 1、RTC电池要不要串联电阻，电阻阻值多少合适。 2、RTC 寿命的评估考虑因素 声明：内容来源于网络，版权归原作者所有。如有侵权，请联系删除。
2024-12-19 75浏览 -
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电场和磁场是两种不同的物理场
电场和磁场是两种不同的物理场，它们有着不同的性质和作用。核心答案是：电场是由电荷引起的物理场，它影响带电粒子的运动；而磁场是由电流或磁性物质引起的物理场，它对磁性物质和电流产生力和影响。
2024-12-19 23浏览 -
指定 .func 命令的常数运行仿真并进行参数分析
在上篇 LTspice 系列文章中，我们分享了如何利用ISO模型进行电源线瞬态电传导干扰测试，本文将介绍使用 .func 命令中的指定常数以有效运行仿真并进行参数分析的方法。更多参数分析的内容，...
2024-12-13 121浏览 -
分享一个RC振荡电路
介绍了使用OP07芯片构建的RC文氏桥振荡电路的工作原理，包括负反馈、正反馈、选频网络的概念。通过仿真分析，探讨了起振时间、振荡幅度、输出频率的影响因素，并解决了单电源供电的问题。实验总结强调了电路连接的注意事项及参数调整的重要性。 具体原理图如下 在这里使用的OP07的原因是学校提供这个芯片，需要注意的是OP07相应的引脚与别的芯片有所差别，但原理基本一致。 放大器的工作工作原理： 放大信号，刚上电的时，电路会出现频率丰富的微小噪声，放大器将噪声放大要使振荡稳定，信号不能无休止的放大下去，于是我们引入负反馈，使放大倍数稳定在3倍选出所需的频率，运用RC带通滤波器（RC低通和高通的组合），即可提取所需的频率同时RC并联串联网络也是电路的正反馈网络 振荡需要满足以下两个条件：（1）相位平衡条件：反馈电路的相位与输入电压的相位同相（2）振幅平衡条件：反馈电压的幅度与输入电压的幅度相等，这是电路维持稳振荡的振幅条件刚开始的时候放大倍数与反馈系数乘积大于1，信号持续放大，大到一定程度时，放大倍数减小，使得电路放大倍数为与反馈系数的乘积为1，信号稳定输出。 1.负反馈与放大倍数 反馈是将输出信号的全部或一部分返回至输入，使输入信号改变,而负反馈是引起输入信号减小的一种反馈方式。同向放大器引入负反馈，使得输出信号与输入信号比值稳定，且因为是同向放大器，故 2.正反馈与选频网络 正反馈： 反馈是将输出信号的全部或一部分返回至输入，使输入信号改变,而正反馈是引起输入信号增大的一种反馈方式。 上图为实际电路的反馈网络，将输出电压的一部分，即C1R2并联网络上面的分压送回输入端，使得净输入量增大。R2C1 和 R1C2 组成正反馈网络，反馈系数为F=U（R2C1）/ U（R1C2），可等效为阻抗之比（电压与阻抗成正比），F=Z（R2C1）/ Z（R1C2）。选频网络：RC滤波器其中高通滤波器与低通滤波器的区别就在于电容电阻的摆放位置，高通滤波器顾名思义是通过高频信号，阻断低频信号，因此电容放在输入端，低通滤波器的输入端接电阻，这是根据电容通交流阻直流的特性判断的，如果电容足够大，那么我们可以将频率过低的信号近似等效成直流信号，那么他就不会通过高通滤波器的第一个电容。 RC带通滤波器 仿真分析： 刚开始我也是在CSDN上面找大佬的电路，进行复现，但亲手做之后出现了许多问题，下面进行分析1.起振时间过长原理图如下我刚开始做的时候，波形怎么也出不来，也不知道啥原因，结果如下 偶然一次我运行仿真，然后忘记关了，再回过头发现居然出波形了 分析原因，是因为其中的R1过小，导致起振时间太长，再加上计算机仿真计算过慢，显示的1.9s，实际要二十多秒，所以我一直以为我失败了 我们加大R1的阻值后，波形如下 增大R1阻值后，起振时间明显变快 ，大概200多毫秒后可以明显看到电路起振。原因：当信号较小时，二极管不导通，放大倍数随R1的增大而增大，起振时间变快2.振荡幅度电路图我们换回原来的 它的输出波形为我们观察到其幅值为8.166V，我们改变R4的大小，需注意R4不能过大，R4+R5不宜过小，这里我们调小R4的阻值，改为10KΩ 观察其波形可以看到其输出幅值明显变小，为1.564V 猜想与解释，在这里我们可将二极管等效为一个电阻，它随的阻值随着压降的增大而减小当R4上的阻值较大时，那相应的R5和二极管的并联回路的等效电阻较小，即可以看成二极管的阻值变小了很多，压降变大了许多，所以到振荡稳定时所需的时间也相应增加，故输出幅值大当R4上的阻值较小时，那相应的R5和二极管的并联回路的等效电阻较大，二极管所需的压降不大，所以到振荡稳定时所需的时间较少，故输出信号持续放大的时间较少，故输出幅值较小3.输出频率前面原理已经说过了，输出频率和R2C1 、 R1C2有关，f=1/(2πRC)电阻电容为以下值时输出波形如下改变RC的值 得到以下波形频率明显改变 4.单电源供电原理图如下单电源供电时的输入信号如果以地作为参考，实际上也就是以供电电源的一端作为参考。例如这样的反向放大器在输入信号为正电压时，由于输出不可能低于最低供电电压，所以不能正常工作。这里我们引入一个偏置，即图中6V的VDD（1/2VCC），相当于一个虚拟地，让输入信号以6V电压为基准进行变化，使放大后的信号能在0-VCC之间变化，信号完整输出。同时我们在输出端在加上一个电容C4，根据电容“隔直通交”的特性，将会滤除直流成分，保留所需的交流信号。如果不加这个电容的话，示波器负极性端可以连上6V的VDD，使输出波形同上。输出波形如下 在这里解释下面几点C3的作用？C3的作用是让直流时与公共地断开，因为放大器“虚短”的特性，同向输入端电位等于反向输入端，而交流成分和之前分析一样。为什么R4改为13K？因为为15K时，交流信号的变化范围超过了放大器允许的输出范围，信号失真。如果不想改R4的值，还可以将VCC变为24V，使得运放的变化范围与双电源的一样。为什么引入6V的VDD？这里主要是方便理解，实际电路可用电阻分压的方法，得到1/2VCC（VDD），但是采用这种方式的话还需要考虑所引起的电路参数的变化。 实验总结： OP07引脚图和网上大多数放大器引脚映射不一样，实际电路须合理连线。 单电源供电需要加入偏置。 可以通过改变电阻值，选择合适的，利于观察的输出波形。 真就万物皆可等效为电阻
2024-12-13 79浏览 -
深入理解PDK的作用
PDK（Process Design Kit，工艺设计套件）作为连接芯片设计和制造的桥梁，有以下重要作用： 一、设计方面 提供设计规则 定义了芯片制造过程中的几何限制，例如最小线宽、最小间距、层与层之间的对准公差等。这些规则确保芯片设计师在设计过程中遵循代工厂的制造能力，避免设计出无法制造或者制造后性能不符合要求的芯片。 比如在先进的7nm工艺中，PDK会明确规定金属布线层的最小宽度可能只有几十纳米，设计师必须按照这个规则来布局电路，否则在制造过程中可能会出现短路或断路等问题。 支持设计流程 包含了与设计工具（如EDA工具）集成的必要文件和模型。这使得设计师能够在熟悉的设计环境中进行工作，将自己的电路设计想法准确地转化为符合代工厂工艺要求的设计。 例如，PDK提供的标准单元库模型可以被逻辑综合工具识别和使用，从而将高级别的设计描述（如Verilog代码）转换为实际的电路网表。 二、制造方面 工艺信息传递 向芯片设计师传达代工厂的工艺技术细节，包括所使用的材料、制造工艺步骤（如光刻、蚀刻、掺杂等工艺的特性）等。这样设计师可以根据这些信息优化设计，以适应特定的制造工艺。 例如，如果代工厂的某种光刻工艺对特定形状的图案有更好的分辨率，设计师可以在设计中更多地采用这种形状的图案布局，提高芯片制造的良品率。 确保工艺兼容性 保证芯片设计与代工厂的制造设备和工艺流程相兼容。不同的代工厂可能有不同的设备和工艺，PDK就是一个桥梁，使得设计出来的芯片能够在特定的代工厂顺利制造。 例如，一家代工厂使用的是某种特定型号的光刻机，PDK会考虑该光刻机的特性，如曝光波长、分辨率等，从而确保芯片设计能够在该光刻机上正确制造。 下面的一份资料，供大家初步了解PDK在提升芯片设计效率中起到的作用 注：资料来源于网络，仅供学习，如有侵权联系删除 总结 FAB厂针对不同应用提供多种技术：如平面（Planner）技术适合低成本应用，而鳍式场效应晶体管（FinFet）和环绕式栅极（GAA）技术适用于更高性能的GPU/CPU类应用。 PDK是代表技术的基本构建模块，用于设计、验证、签核和制造。 PDK包含技术文件、运行设置、实用程序、端到端流程和文档。 功能丰富的PDK可实现高质量和按时的产品开发。
2024-12-13 125浏览 -
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74LS160十进制计数器芯片工作原理
工作原理74LS160 IC封装由16个引脚组成，包含一个4位同步计数器电路，无需外部逻辑芯片就可以连接进行十年计数的mod。通过将多个74LS160布线在一起（级联），可以实现更长的计数长度（10的幂）。例如，两个串联在一...
2024-12-12 44浏览 -
pic单片机是当前最实用工具之一
pic单片机是当前最实用工具之一，而对于pic单片机的探讨往往与其他类型单片机相联系。本文中，将讨论pic单片机和51单片机谁更易于学习，以此帮助大家增进对pic单片机的理解。 51好学一些，但是PIC也没比51难多少。首...
2024-12-12 25浏览
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精密半导体参数测试解决方案 直播时间：01月08日 10:00
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