RTC mit geringem Zeitdrift

Marco G. schrieb:
> Die im Moment von mir verwendete M41T94MQ6F mit integrierten Quarz
> weist nach 6Wochen betrieb eine Zeitdifferenz zur realen Uhrzeit auf.

Das wird dir mit jeder RTC so ergehen. Es kommt drauf an, wie groß 
der Gangunterschied ist, wie oft du die Uhr synchronisieren kannst und 
welchen Stand der Uhr du tolerieren kannst.

Hast du die Uhr vernünftig kalibriert?
Sonst musst du bei 25°C mit der im Datenblatt angegebenen Abweichung von 
bis zu 35ppm entsprechend bis zu 1,53 Minuten pro Monat leben.

Nur aus Interesse:
Wie groß ist die Abweichung denn?
Und warum nimmst du nicht z.B. Einen Funkuhrempfänger oder GPS

Keine konkreten Zahlen - keine Hilfe.

Justin schrieb:
> Keine konkreten Zahlen - keine Hilfe.

Der Satz vom TO tönt so, als hätte er einfach ein "von x 
Sekunden/Minuten" vergessen:

Marco G. schrieb:
> weist nach 6Wochen betrieb eine Zeitdifferenz zur realen Uhrzeit auf.

Gruss Chregu

Marco G. schrieb:
> Oh mein Satz war nicht vollständig. Nach sechs Wochen Betrieb sind es
> mehr als fünf Minuten Differenz.

Hast du die Uhr kalibriert oder nicht?

Bei welcher Temperatur bzw. in welchem Temperaturbereich hast du sie 
dabei betrieben (-20 bis +40°C , konstante 25°C oder ...)?

Marco G. schrieb:
> Nach sechs Wochen Betrieb sind es
> mehr als fünf Minuten Differenz.

Fehlt etwa der Abblockkondensator? Uhren mögen keine wackelige 
Versorgungspannung.

Marco G. schrieb:
> Moin,
>
> ich bin auf der Suche nach einer "stabilen" RTC. Die im Moment von mir
> verwendete M41T94MQ6F mit integrierten Quarz weist nach 6Wochen betrieb

Such nach einer RTC mit TCXO - die sind deutlich besser als die 35 ppm
des M41T94.

Oder Temperatur messen und rechnen..

Marco G. schrieb:
> Nur die Werkskalibrierung.

Dann darfst du dich nicht wundern, insbesondere wenn die Chip-Temperatur 
zusätzlich noch deutlich von den 25°C abwich.

WIE WAR DIE BETRIEBSTEMPERATUR???

Marco G. schrieb:
> Nein ein 100nF Kondensator ist vorhanden.

Ergänze mal testweise 10 µF.
Noch etwas: der von Dir genannte Typ müßte ein SO16 Gehäuse haben, 
allerdings ohne internen Quarz. Was stimmt da jetzt nicht?

Marco G. schrieb:
> ich bin auf der Suche nach einer "stabilen" RTC.

Ich hab kürzlich ein Modul mit DS3231 gekauft. Soll ±2ppm bei 0° ... 
40°C machen. Für 2€, incl. 32k EEProm und CR2032 bei Amazon.
Ablage nach grober Kalibrierung in gut 200h ist aktuell knapp 1s, das 
sind rund 1.5ppm.
Ohne Kalibrierung waren es rund 2.5ppm.
Hat eine Temperaturmessung zur Frequenzkorrektur eingebaut.
Stromaufnahme von der Backupbatterie rund 2-3µA.

Sieht für mich ganz attraktiv aus ...

Marco G. schrieb:

> ICh dachte, bei einer RTC mit integriertem Quarz wäre ich auf der
> sicheren Seite.

Was natürlich völlige Blauäugigkeit aufzeigt...

Nö, tatsächlich ist es so, dass du von einer RTC mit integriertem Quarz 
nur das erwarten kannst, was das DB verspricht. Nicht weniger (denn das 
wäre ein Grund, den Scheiss zurückzugeben), aber eben auch nicht mehr.

Wenn du was Besseres willst, musst du entweder Glück haben oder selbst 
tätig werden. Letzteres allerdings ist oft einfacher, wenn man die volle 
Kontrolle über den Taktgenerator hat, dieser also gerade nicht in einer 
externen Baugruppe integriert ist...

Marco G. schrieb:
> Oh da ist mir ein Tippfehler passiert es ist eine M41T93

Damit solltest du im kalibrierten Zustand auf +/-1ppm kommen.

Rechne deinen Gang der Uhren mal in ppm um und schreibe die 
entsprechenden anhand des Datenblattes bestimmten Analog- und/oder 
Digitalkalibrierwerte in die Uhr.

Marco G. schrieb:
> Es gibt zwei Geräte die Damit laufen. Das eine wird bei ca 18°C
> betrieben. +- 1°C. Das zweite bei 22°C +- 3°C

Ok, wenn alles mit rechten Dingen zugeht, dürfte das nur wenige ppm 
ausmachen. Ich nehme an, die Uhren gehen beide zu langsam? Oder in 
welche Richtung weichen sie ab?

Marco G. schrieb:
> Wie rechne ich den Uhrengang in ppm um?

5 Minuten geteilt durch 6 Wochen, also grob 83 ppm

Der ursprünglich von Dir genannte Typ soll ja auf +/-5 ppm abgeglichen 
ausgeliefert werden. Da hätte diese Abweichung nicht auftreten dürfen.

Daß der verwendete Typ so stark abweicht, ist angesichts seines Preises 
ganz schön heftig! Nach jedem Batteriewechsel muß man dann neu 
abgleichen, da der letzte Abgleichwert nicht permanent gespeichert ist. 
Ganz schlecht.

Gerhard O. schrieb:
> Mit externen Quarzen hatte ich langzeitig aus verständlichen Gründen
> wenig Erfolg. Ohne genaue Calibrierung der Quarzschaltung sind die
> Abweichungen meist viel größer.

Historisch bedingt hatte ich PCF8583 bzw. PCF8563 immer per 
Trimmkondensator abgeglichen. Das ging gut und war langzeitstabil.
Später hatte ich dann einen 15 pF Kondensator zum ausgesuchten Quarz 
fest verdrahtet, was auch hinreichend genau war.
Der DS3243 sagt mir preislich überhaupt nicht zu ;-)

Marco G. schrieb:
> ICh dachte, bei einer RTC mit integriertem Quarz wäre ich auf der
> sicheren Seite. Beide müssten dann den selben Temperaturdrift aufweisen
> und so nicht allzu schnell "falsch" gehen.

Nein, relevant ist in der Praxis praktisch nur der Temperaturdrift vom 
Quarz (und, viel geringer, den beiden Kondensatoren). Sowie die 
Fertigungstoleranz und Alterung. Qualität kostet auch hier...
Wenn es genauer werden soll, nimmt man zur Frequenzerzeugung einen TCXO 
oder, wenns gut werden soll, einen OCXO
Wenn eine sehr genaue Uhrzeit für Messzwecke benötigt wird, dann kann 
man auch über einen Rubidium-Oszillator nachdenken.

Marco G. schrieb:
> Ok danke. Das heißt ich werde mal den kalibrierwert für 85 versuchen.

Falls du ein Oszi und einen GPS-Empfänger mit 1PPS Ausgang hast, 
brauchst du auch nicht wieder 6 Wochen zu warten, um Erfolg vermelden zu 
können. Unter Beobachtung des IRQ/FT/OUT Pins geht das dann innerhalb 
einiger Minuten ;-)

Als erstes sollte sich der Poster damit auseinandesetzen welche drift 
denn grad noch stoert. Gute Uhrenquarze, dh 32768Hz, fuer RTC mit 
externem Quarz gibt's bis bis 10ppm wie ich mich zu erinnern glaube. Die 
brauchen am Wenigsten Strom. Fuer mehr Strom, teilweise viel mehr Strom 
kann man bis 0.01ppm gehen, nachher wird's teuer.

Digikey hat 2500 RTCs, allerdings nicht nach mit/ohne quarz, resp 
Abweichung sortierbar.

Marco G. schrieb:
> Ja, ich werde mal sehen ob ich sie durch eine DS3xxx ersetze. Die
> scheinen mir doch die leicht besseren Werte zu haben.

Anstatt irgendetwas Neues/Anderes zu kaufen, würde ich erst einmal das 
Vorhandene richtig benutzen.

Marco G. schrieb:
> Oszi ist vorhanden, als GPS Modul habe ich nur ein NEO-M6 hier. Da weiß
> ich nicht ob das dafür geeignet ist.

Du meinst das NEO-6M Modul?
Das Ding sollte 1PPS liefern und auf Pin3 rausgeben (S.12).
https://www.u-blox.com/sites/default/files/products/documents/NEO-6_DataSheet_(GPS.G6-HW-09005).pdf

Peter D. schrieb:
> Das ist erheblich zuviel, da muß irgendwas an der Schaltung nicht
> stimmen.

Vielleicht ist es genau hinten vom Produktionsband runtergefallen und 
über welchen-Kanal-auch-immer vertickt worden, weil es die 
Datenblattgrenzen gerissen hat.

Laut Datenblatt liegt es mit seiner Abweichung von 83ppm noch gut in dem 
für die Gangkorrektur vorgesehenen Fenster (Ziehquarz -15..+95ppm, 
Counter -63..+126ppm) - warum also nicht den Gang korrigieren, wenn die 
Uhr sonst gut läuft.

Es kann natürlich sein, dass bei der Werkskalibrierung schon alles 
versucht wurde und der Quarz so weit daneben liegt, dass die 
Korrekturmechanismen bereits ausgereizt sind. Das kriegt man nur raus, 
indem man mal guckt, wie die Konfiguration derzeit gesetzt ist.

Marco G. schrieb:
> Ich muss den Ausgang und den des GPS-Moduls vergleichen.
> Richtig?

Genau. Bei der RTC gibt es IMHO zwei Möglichkeiten:

Möglichkeit 1:
Man verwendet den Ausgang für das Rechtecksignal (SQW, Datenblatt Kap. 
3.9 Square wave output) und stellt z.B. auf 1Hz.

Möglichkeit 2:
Man verwendet die Frequency Test Ausgang (IRQ/FT/OUT) und erhält 512Hz. 
Die Einstellungen für die Kalibrierung sind im Datenblatt im Kap. 3.4 
(Clock calibration) ab S.22(unter) und 3.14 (IRQ/FT/OUT pin, frequency 
test, interrupts and the OUT bit) S.38ff beschrieben (Tab.11 Interrupts 
abschalten,  FT=1, OUT=1 und Pull-Up nicht vergessen).

In Figure 13. (Clock divider chain and calibration circuits) sieht man, 
wie die Zähler aneinander hängen.

Lt. Datenblatt sollte das Funktionieren.

Mein Tipp: bau Dir einen reziproken Frequenzzähler auf, mit dem Du 
binnen einiger Sekunden die genaue Frequenz bestimmen kannst.

Das 1 pps-Signal dient dabei als Referenz für den (immer mal 
wiederholten) Abgleich.
Es gibt viele Schaltungsbeispiele für unterschiedliche µCs; im 
einfachsten Fall reicht schon ein ATtiny2313. Die Anzeige sollte dabei 
>= 6-stellig sein.

Marco G. schrieb:
> Die bereits verbauten M41T93 werde ich per Software digital kalibrieren.
> Für ein neues Projekt werde ich umsteigen, allerdings hauptsächlich aus
> dem Grund verschiedene ICs kennen zulernen und vergleichen zu können für
> zukünftige Projekte.

Was sind denn Deine Anforderungen? Gute Stabilität liefert ja der o.g. 
DS3234; mir ist der mit ca. 8-9 Euro (mouser) viel zu teuer.
Die Kosten für MCP79410+Quarz liegen bei <= 2 Euro; ein EEPROM ist auch 
noch mit dabei. 
https://www.reichelt.de/index.html?ACTION=3;ARTICLE=109808;SEARCH=rtc
Da würde ich nicht lange herumsuchen.

m.n. schrieb:
> mir ist der mit ca. 8-9 Euro (mouser) viel zu teuer.
> Die Kosten für MCP79410+Quarz liegen bei <= 2 Euro;

Für ein Einzelexemplar ist das doch ziemlich egal oder mit welchem 
Stundenlohn kalkulierst du deine Arbeitszeit, um die Einzelteile 
zusammenzuklöppeln? ;-)

Falls es ein Hobbyprojekt ist, würde ich die Uhr korrekt eingestellt 
starten und ein paar Monate später mit einer Referenzuhr (ptb.de) 
vergleichen.

Wobei die Abweichung derzeit so heftig ist, dass vielleicht 1 Monat 
schon genügt, um sie erheblich besser einzustellen.

Wolfgang schrieb:
> Für ein Einzelexemplar ist das doch ziemlich egal oder mit welchem
> Stundenlohn kalkulierst du deine Arbeitszeit, um die Einzelteile
> zusammenzuklöppeln? ;-)

Ein 20-pol. SO-Gehäuse erfordert doch ähnlichen Paltinenaufwand wie ein 
8-pol. + 2-pol. Quarz. Warum soll ich denn das teure IC nehmen? Ferner 
ist das teure IC von Maxim, wo man nicht weiß, ob man dies morgen noch 
nachkaufen kann.
Und da ich - wie hier üblich - immer in 10e6 Stückzahlen kalkuliere, bin 
ich schlagartig noch Multimillionär geworden. Da greif ich doch zu ;-)

m.n. schrieb:
> Was sind denn Deine Anforderungen?

Da fehlt mir noch die Antwort.

Stefan U. schrieb:
> Wobei die Abweichung derzeit so heftig ist, dass vielleicht 1 Monat
> schon genügt, um sie erheblich besser einzustellen.

Beim derzeitigen Gang der Uhr dürften sich die Signale von GPS und RTC 
pro Sekunde um rund 83µs verschieben. Um das besser einzustellen, muss 
man nicht wochenlang warten, sondern kann einfach auf 'nem Oszi 
zugucken, wie sich das verschiebt - Trigger auf 1PPS vom GPS und gucken, 
wie ein 512Hz-Pulse der Uhr nach dem anderen innerhalb von rund 24s 
durchläuft.

> einfach auf 'nem Oszi zugucken, wie sich das verschiebt -
> Trigger auf 1PPS vom GPS

GPS Empfänger hat aber nicht jeder in passender Form in der 
Bastelschublade.

Ich arbeite immer mit einem Korrekturfaktor.In deinem Fall wäre die 
Abweichung etwa -7 sec. am Tag. Also erhält der MC die Aufgabe einmal 
pro Tag die Sekunden zu lesen und mit +7 wieder zu speichern. Als 
Trigger dafür wäre der Datumswechsel günstig.

Die meisten RTC können solche Korrekturfaktoren von alleine anwenden. 
Mann muss dazu nur ein bestimmtes Register beschreiben und das irgendwo 
dauerhaft persistieren.

Leider sind XO meist auch kleine VCXO.
f(Ubat_min) / f(Ubat_max) kann schon mal ein ppm sein.

=> bei Ubat_avg messen/kalibrieren!

Marco G. schrieb:
> So ich habe jetzt das digitale Kalibrierregister auf 85 gesetzt.

Und auf welchem Wert stand es vorher?
Der Gang muss gegenüber der Originalkonfiguration um +83ppm geändert 
werden.

Marco G. schrieb:
> Ich habe das Register ausgelesen und es stand auf 0x80.

Dann sollte das passen. Hast du Oszi und GPS mal rangehängt, um zu 
gucken, ob der neue Wert ok ist?

Marco G. schrieb:
> Ja habe ich versucht, leider ist mein Oszi irgendwie nicht in der Lage
> gewesen vernünftig auf das GPS-Signal zu triggern.

Darauf sollte jedes Oszi triggern können.
Vielleicht lag es an den Einstellungen. ;-)
Trigger Kanal: Eingang mit GPS-Signal, Flanken Trigger auf rising Edge, 
Trigger-Mode: Normal, Trigger-Level 1 Volt und dann muss das 
funktionieren.

Wolfgang schrieb:
> Vielleicht lag es an den Einstellungen. ;-)

Man sieht, Du bist Profi! ;-)

Der 1 pps-Impuls kann auch nur 1 µs lang sein. Bei Zeitbasis im ms - s 
Bereich sieht man ihn in der Regel garnicht!

Harald W. schrieb:
> Marco G. schrieb:
>
>> Es wäre schon gut, wenn sich die Uhrzeit nur um max. 30Sekunden /Jahr
>> abweichen würde.
>
> Dafür braucht man aber normalerweise schon eine Atomuhr.

Eine Nummer kleiner geht auch: DCF77

m.n. schrieb:
> Der 1 pps-Impuls kann auch nur 1 µs lang sein. Bei Zeitbasis im ms - s
> Bereich sieht man ihn in der Regel garnicht!

Wenn man Verschiebungen im Bereich von 100µs sucht, ist eine Zeitbasis 
im ms ... s/div-Bereich in der Regel nicht so wirklich passend.

Für 30s pro Jahr muss man die Drift unter 1µs pro Sekunde bringen. Die 
Atomuhr sitzt auf den GPS-Satelliten - sogar mehrere ;-)

Bei DCF-77 erkennt der Empfänger die Sekunden-Takte daran, dass die 
Amplitude des Signals gesenkt wird.

Die handelsüblichen DCF-77 Empfänger erkennen die Änderung der Amplitude 
erst nach mehreren Perioden. Je nach Modell würde ich hier 10 bis 50ms 
Verzögerung erwarten, mit einem Jitter in ähnlicher Größenordnung.

Selbst mit einer aufwändigeren Schaltung dürfte es schwierig werden, die 
Änderung der Amplitude zuverlässig innerhalb eines winzigen Bruchteils 
einer Periode zu erkennen

Stefan U. schrieb:
> Bei DCF-77 erkennt der Empfänger die Sekunden-Takte daran, dass die
> Amplitude des Signals gesenkt wird.
>
> Die handelsüblichen DCF-77 Empfänger erkennen die Änderung der Amplitude
> erst nach mehreren Perioden. Je nach Modell würde ich hier 10 bis 50ms
> Verzögerung erwarten, mit einem Jitter in ähnlicher Größenordnung.
>
> Selbst mit einer aufwändigeren Schaltung dürfte es schwierig werden, die
> Änderung der Amplitude zuverlässig innerhalb eines winzigen Bruchteils
> einer Periode zu erkennen

Man muss nicht die Amplitudenabsenkung auswerten. Es gibt bessere 
Methoden.

Eine ist hier angedeutet: https://de.wikipedia.org/wiki/DCF77

1

Das Trägersignal von 77,5 kHz ist in Frequenz und Phasenlage mit der steuernden primären Atomuhr synchronisiert und besitzt deshalb nur geringe Abweichungen von der Sollfrequenz. Über einen Tag sind das weniger als relativ 2 · 10^−12, im Mittel über 100 Tage um weniger als relativ 2 · 10^−13. Es kann somit ohne Auswertung der Zeitinformation als Eichfrequenz für sehr genaue Hoch- und Niederfrequenzgeneratoren genutzt werden.

"^" von mir eingefügt, da Hochzahlen beim Kopieren "verloren" gehen.

Harald schrieb:
> Eine Nummer kleiner geht auch: DCF77

Und wie willst du DCF77 dazu bringen, dir Pulse mit auf einige 10ns 
stabiler Flankenlage auf den Basteltisch zu liefern. DCF77 dürfte die 
Abgleicherei, verglichen mit GPS um einiges langwieriger machen.

> Man muss nicht die Amplitudenabsenkung auswerten.
> Es gibt bessere Methoden.

Gut zu wissen, für mich bekommst du für den Hinweis ein +1. Auch wenn 
mit der Nutzen im Rahmen dieses Threads unklar ist.

> Und wie willst du DCF77 dazu bringen, dir Pulse mit auf einige
> 10ns stabiler Flankenlage auf den Basteltisch zu liefern

Das scheint mir gar nicht nötig zu sein. Wer keine hoch genaues 
Equipment hat, kann das durch Zeiteinsatz ausgleichen.

Da die 77,5kHz mit der Atomuhr synchronisiert sind, braucht man daran 
lediglich einen Frequenzzähler zu hängen.

Nach exakt 77500 Perioden hat man eine Sekunde. Nach 279000000 hat man 
eine Stunde. Das kann man leicht mit der Geschwindigkeit der RTC 
vergleichen, die hat ja auch einen Ausgang mit einer höheren Frequenz - 
kommt da halt auch ein Zähler dran.

Wolfgang schrieb:
> Für 30s pro Jahr muss man die Drift unter 1µs pro Sekunde bringen.

Rund 0,95 ppm, was selbst die o.g. DS3234 noch nicht liefert.
Wenn die 50 Hz Netztfrequenz mal wieder stabil geliefert werden, dürfte 
diese Referenz eventuell doch reichen. Dabei ist der 'Empfang' im Keller 
auch ohne Antenne möglich.