Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Schaltplan richtig? RTC mit Knopfzelle


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von Matthias (Gast)


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Hallo,

Ich wollte fragen ob mein Schaltplan bestehend aus einer RTC, Crystal 
und Knopfzellen Batterie richtig ist? Wenn nein, was müsste angepasst 
werden?

Datenblatt RTC: 
https://www.mouser.de/datasheet/2/256/DS1390-DS1394-1512815.pdf

RTC kommuniziert über SPI.
Wenn ich das richtig verstanden habe, so switcht das RTC Modul 
automatisch auf die Batterie Versorgung sobald die Hauptversorgung weg 
ist. Daher müsste ich doch den Oscillator auch dauerhaft über die 
Batterie betreiben, oder gibt es dafür sauberere Lösungen?

Pin9 kann ich lt DB offen lassen. Was ist mit X2?
Beim Verpolungsschutz hab ich halt den Spgsabfall, also lieber doch eine 
antiparallele Diode mit Sicherung?

Vielen Dank

von U. M. (oeletronika)


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Hallo,
> Matthias schrieb:
> Ich wollte fragen ob mein Schaltplan bestehend aus einer RTC, Crystal
> und Knopfzellen Batterie richtig ist? Wenn nein, was müsste angepasst
> werden?
Warum entkoppelst du die Bat-Spannung mit der Diode?
Ich denke, das ist unnötig.
An der Battery wird auch kein Block-C nötig sein. Da fließen nur paar uA 
und die Bat selber ist quasi eine große Kapazität. Über das C fließen 
nur Leckströme ab, das muß nicht sein.

> Datenblatt RTC:
> https://www.mouser.de/datasheet/2/256/DS1390-DS1394-1512815.pdf
Dazu noch:
http://ww1.microchip.com/downloads/en/devicedoc/20005625b.pdf

> RTC kommuniziert über SPI.
> Wenn ich das richtig verstanden habe, so switcht das RTC Modul
> automatisch auf die Batterie Versorgung sobald die Hauptversorgung weg
> ist.
Ja.

> Daher müsste ich doch den Oscillator auch dauerhaft über die
> Batterie betreiben, oder gibt es dafür sauberere Lösungen?
Was soll das überhaupt werden mit diesem Oszillator?
Warum nimmst du nicht einen Uhren-Quarz, wie das üblich ist.
Hast du dir mal den Stromverbrauch angesehen (typ. 1,2mA)? Da hält seine 
Li-Zelle sicher sehr lange -> mind. paar 10 h ;-)

> Pin9 kann ich lt DB offen lassen. Was ist mit X2?
> Beim Verpolungsschutz hab ich halt den Spgsabfall, also lieber doch eine
> antiparallele Diode mit Sicherung?
Wenn du meinst, unbedingt eine Verpolung zu berücksichtigen, dann würde 
ich eher einen Reihenwiderstand nehmen z.B. 1kOhm. Da dürfte bei 
Verpolung nix passieren. Evtl dann noch eine Diode gegen gnd, die bei 
Verpolung die neg. Spannung begrenzt  (z.B. BAV199 -> niedriger 
Leckstrom).

Evtl. noch einen Pullup an den /CS, damit der im Resetzustand nicht 
irgend wo hin floated.

Gruß Öletronika

von Teo D. (teoderix)


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U. M. schrieb:
> Was soll das überhaupt werden mit diesem Oszillator?

Der frisst 1,3mA!
Das ist rund das 10fache was der CRT inkl. Uhrenquarz braucht.
Da geht deine Knopfzelle, schon nach eim paar Stunden in die Knie.
Aus dem Dabla der CR2325: "Standard Discharge Current 0.3 mA"

von Bauform B. (bauformb)


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U. M. schrieb:
> Was soll das überhaupt werden mit diesem Oszillator?
> Warum nimmst du nicht einen Uhren-Quarz, wie das üblich ist.

üblich != gut oder zeitgemäß.
Warum nimmst du nicht einen Uhrenchip mit eingebautem Quarz? Z.B. den 
PCF2129T/2 für 2 bis 3 Euro von Mouser. Der hat ein umschaltbares 
I2C/SPI Interface, max. 8ppm von -30 bis 80°C und auch sonst alles 
mögliche in einem breiten SO-16 Gehäuse.

Wenn es allerdings MEMS sein soll, ist die Auswahl doch sehr 
überschaubar. Dann ist ein externer Oszillator wieder interessant. Bei 
Zimmertemperatur sehr attraktiv: SIT1630AI-S4-DCC-32.768 im SOT-23 
Gehäuse. Für -40 bis +85°C mit max. 5ppm gibt's den 
ASTMTXK-32.768KHZ-LG-T, leider im extra kleinen BGA-Gehäuse. Die haben 
natürlich auch eine Batterie-kompatible Stromaufnahme.

von Jens M. (schuchkleisser)


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Warum eine RTC mit Trickle Charger und dann eine Primärzelle?
Die Diode an der Batterie ist wie bereits gesagt über, den Cap würde ich 
allerdings drin lassen.
Der Oszillator dürfte a) zu ungenau und b) zu stromfressend sein, obwohl 
die Angabe 1,2mA aus dem DB für 27MHz gilt und der mit 32kHz deutlich 
genügsamer sein sollte. Trotzdem sind 25ppm minimum nicht zeitgemäß.

Aber da hat
Bauform B. schrieb:
ja schon was zu gesagt, das auch stimmig ist.

Welchen Grund gibt es, MEMS statt Quarz zu nehmen?

von Matthias (Gast)


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> Dazu noch:
> http://ww1.microchip.com/downloads/en/devicedoc/20005625b.pdf

Das ist interessant. Aber wie kann ich denn bei dem Oszillator den 
Standby Modus verstehen? Verbraucht der dann wesentlich weniger Strom, 
was noch? Wird die Taktgenauigkeit geringer, konnte diesbezüglich nichts 
im DB finden?

> Wenn du meinst, unbedingt eine Verpolung zu berücksichtigen, dann würde
> ich eher einen Reihenwiderstand nehmen z.B. 1kOhm. Da dürfte bei
> Verpolung nix passieren. Evtl dann noch eine Diode gegen gnd, die bei
> Verpolung die neg. Spannung begrenzt  (z.B. BAV199 -> niedriger
> Leckstrom).

Ok das klingt interessant, Danke für den Hinweis!

Bauform B. schrieb:
> Warum nimmst du nicht einen Uhrenchip mit eingebautem Quarz? Z.B. den
> PCF2129T/2 für 2 bis 3 Euro von Mouser.

Oh, der sieht ja interessant aus! Zudem preisgünstig mit integriertem 
Quarz.

> Wenn es allerdings MEMS sein soll, ist die Auswahl doch sehr
> überschaubar. Dann ist ein externer Oszillator wieder interessant. Bei
> Zimmertemperatur sehr attraktiv: SIT1630AI-S4-DCC-32.768 im SOT-23
> Gehäuse. Für -40 bis +85°C mit max. 5ppm gibt's den
> ASTMTXK-32.768KHZ-LG-T, leider im extra kleinen BGA-Gehäuse. Die haben
> natürlich auch eine Batterie-kompatible Stromaufnahme.
Und die dann an mein vorgeschlagenes RTC Modul anschließen?
Hab mir nochmal das DB des RTC's Modul 
angeschaut(https://www.mouser.de/datasheet/2/256/DS1390-DS1394-1512815.pdf). 
Auf Seite 11 steht für X1:"Pin X1 is the input to the oscillator and can 
OPTIONALLY be connected to an external 32.768kHz oscillator" Warum denn 
optional?

Jens M. schrieb:
> Warum eine RTC mit Trickle Charger und dann eine Primärzelle?
Macht Trickle Charging nicht soviel Sinn? Die Erhaltungsladung sorgt 
doch dafür dass wenn die Platine am Netz angeschlossen ist, die 
Knopfzelle Batterie im geladenen Zustand zu halten?!

> Welchen Grund gibt es, MEMS statt Quarz zu nehmen?
Gibt es keinen, habe da freie Wahl.

Also würdet ihr allgemein lieber ein fertig integriertes Modul wie das 
PCF2129T/2 empfehlen als getrennte RTC mit externem Oszillor?

Vielen Dank an alle!

von Teo D. (teoderix)


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Matthias schrieb:
> Das ist interessant. Aber wie kann ich denn bei dem Oszillator den
> Standby Modus verstehen?

Da gibts nur eine Möglichkeit, würde ich sagen. Er geht Schlafen, kein 
Takt, keine RTC..

von Jens M. (schuchkleisser)


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Matthias schrieb:
> uf Seite 11 steht für X1:"Pin X1 is the input to the oscillator and can
> OPTIONALLY be connected to an external 32.768kHz oscillator" Warum denn
> optional?

Das meint "Da gehört ein Ende vom Quarz dran, aber wenn dir danach ist, 
kannst du einen Oszi benutzen, der dann hier und nicht an X2 
angeschlossen werden muss.".
Ohne entweder Quarz oder Oszillator tut die Uhr keinen Mucks.

Matthias schrieb:
> Die Erhaltungsladung sorgt
> doch dafür dass wenn die Platine am Netz angeschlossen ist, die
> Knopfzelle Batterie im geladenen Zustand zu halten?!

Die Ladefunktion sorgt bei einer Einwegbatterie dafür, das die dicke 
Backen macht, aussuppt oder je nach Ladestrom auch explodiert oder Feuer 
fängt.
Der Sinn ist aber, statt einer Batterie, die man irgendwann entsorgen 
und tauschen muss wie bei RTCs ohne Trickle Charge, einen Elko 
(GoldCap/SuperCap) einzusetzen, der durchaus einige Tage überbrücken 
kann. Dafür geht der "nie" kaputt und das Gerät ist auch in 10 Jahren 
noch mit einer Livezeit versehen.

Matthias schrieb:
> Also würdet ihr allgemein lieber ein fertig integriertes Modul wie das
> PCF2129T/2 empfehlen als getrennte RTC mit externem Oszillor?

Ja, auf jeden, wenn du sonst nichts vorgegeben hast.
Ich würde DS3231 nehmen, aber der ist I²C.
Die Sache mit den Quarzen ist nicht so einfachm, und eine Uhr die schief 
läuft ist schnell gebaut. Da reicht eine Leiterbahn an der falschen 
Stelle und dann...
Das kann man machen, wenn man 2 oder 3 Iterationen für nen PRototypen 
machen kann, aber wenn es laufen soll würde ich einen Chip mit Quarz 
drin nehmen, die sind sehr viel genauer, weil die Jungs wissen wie es 
geht, du/ich müssten das erst immer wieder lernen. Mit jedem Quarztyp 
auf jeder neuen Platine wieder neu.

von Matthias (Gast)


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Jens M. schrieb:
> Das meint "Da gehört ein Ende vom Quarz dran, aber wenn dir danach ist,
> kannst du einen Oszi benutzen, der dann hier und nicht an X2
> angeschlossen werden muss.".
> Ohne entweder Quarz oder Oszillator tut die Uhr keinen Mucks.
Mh finde das etwas komisch formuliert im DB, man könnte es so 
interpretieren als wäre da noch ein Interner Oszillator vorhanden, was 
ja aber nicht der Fall ist. Und ohne externen Taktgeber läuft da ja, wie 
du auch schon gesagt hast, nichts.

> Die Ladefunktion sorgt bei einer Einwegbatterie dafür, das die dicke
> Backen macht, aussuppt oder je nach Ladestrom auch explodiert oder Feuer
> fängt.
> Der Sinn ist aber, statt einer Batterie, die man irgendwann entsorgen
> und tauschen muss wie bei RTCs ohne Trickle Charge, einen Elko
> (GoldCap/SuperCap) einzusetzen, der durchaus einige Tage überbrücken
> kann. Dafür geht der "nie" kaputt und das Gerät ist auch in 10 Jahren
> noch mit einer Livezeit versehen.

Okay. Die hier verwendete RTC hat ja mit 0.70uA ja auch einen sehr 
geringen Stromverbrauch. Da hält die Batterie dann auch mindestens ein 
Jahr.

> Ja, auf jeden, wenn du sonst nichts vorgegeben hast.
> Ich würde DS3231 nehmen, aber der ist I²C.
> Die Sache mit den Quarzen ist nicht so einfachm, und eine Uhr die schief
> läuft ist schnell gebaut. Da reicht eine Leiterbahn an der falschen
> Stelle und dann...

Der DS3231 ist leider etwas zu teuer. Der PCF2129 passt da sehr gut, und 
der wird auch per I2C betrieben, passt doch besser zu meinem Design als 
SPI.
Habe mal einen Schaltplan gebastelt, magst du kurz drüber schauen? Hab 
mich dabei auf Seite 70 des DB 
(https://www.nxp.com/docs/en/data-sheet/PCF2129.pdf) orientiert.
Der Pin BBS gibt ja nur die intern verwendete Spg an. Ich überlege mir 
gerade ob ich eventuell noch die Spannung der Batterie selbst per ADC 
evtl messen soll, zwecks Batterielebensdauer..

lG

von Bauform B. (bauformb)


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Matthias schrieb:
> Jens M. schrieb:
>> Das meint "Da gehört ein Ende vom Quarz dran, aber wenn dir danach ist,
>> kannst du einen Oszi benutzen, der dann hier und nicht an X2
>> angeschlossen werden muss.".
>> Ohne entweder Quarz oder Oszillator tut die Uhr keinen Mucks.
> Mh finde das etwas komisch formuliert im DB, man könnte es so
> interpretieren als wäre da noch ein Interner Oszillator vorhanden, was
> ja aber nicht der Fall ist. Und ohne externen Taktgeber läuft da ja, wie
> du auch schon gesagt hast, nichts.
Der hat einen internen Oszillator, aber der braucht den externen 
Quarz. Mit einem externen Oszillator ist der interne praktisch nur ein 
Inverter.

> Der Pin BBS gibt ja nur die intern verwendete Spg an. Ich überlege mir
> gerade ob ich eventuell noch die Spannung der Batterie selbst per ADC
> evtl messen soll, zwecks Batterielebensdauer..

zwecks kürzerer Batterielebensdauer ;) Der Spannungsteiler für den ADC 
braucht ja auch Strom. Und: was macht der ADC-Eingang, wenn die 3V3 weg 
sind? Der sieht ja trotzdem die Batteriespannung. Normale RTC-Chips 
überwachen die Batteriespannung selbst und haben dafür ein Statusbit. 
Ja, ok, man kann damit nur voll/leer unterscheiden.

Was ist aus dem Verpolungsschutz geworden? Die Längsdiode schützt auch 
die Batterie, falls der VBAT-Pin Strom liefern sollte. Manche Leute (UL) 
nehmen das so ernst, dass sie eine Reihenschaltung aus Widerstand und 
Diode einbauen. Falls die Diode einen Kurzschluss bekommt, begrenzt der 
Widerstand den Ladestrom. Im Datenblatt der Batterie sollte der maximale 
Strom angegeben sein, bei dem die Batterie nicht explodiert. Ich 
verwende die Tadiran SL350 (½AA), die verträgt 15mA, der Widerstand 
stört also nicht. Als Bonus liefern die Tadiran-Zellen 3.6 Volt, also 
stört auch die Diode nicht.

Ansonsten hab' ich noch den SDI-Pin auf Masse gelegt und für C1 und C89 
C0G-Typen verwendet, dafür aber nur 10n.

von Jens M. (schuchkleisser)


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Matthias schrieb:
> Mh finde das etwas komisch formuliert im DB, man könnte es so
> interpretieren als wäre da noch ein Interner Oszillator vorhanden, was
> ja aber nicht der Fall ist. Und ohne externen Taktgeber läuft da ja, wie
> du auch schon gesagt hast, nichts.

Nenene.
Lesen und verstehen: Da steht
Connections for Standard 32.768kHz Quartz Crystal. The internal 
oscillator
circuitry is designed for operation with a crystal having a 6pF 
specified load
capacitance (CL). Pin X1 is the input to the oscillator and can 
optionally be
connected to an external 32.768kHz oscillator. The output of the 
internal
oscillator, pin X2, is floated if an external oscillator is connected to 
pin X1.

Also: Da gehört ein Quarz dran. einer mit 6pf.
X1 ist im übrigen der Eingang des eingebauten Oszillators, der also mit 
dem Ausgang eines externen verbunden werden muss, X2 ist dann 
frei/unbeschaltet zu lassen.

Wenn schon dann auch alles lesen. ;)

Matthias schrieb:
> Die hier verwendete RTC hat ja mit 0.70uA ja auch einen sehr
> geringen Stromverbrauch. Da hält die Batterie dann auch mindestens ein
> Jahr.

Dann musst du nur aufpassen, das du auf jeden Fall den Charger 
deaktivierst. Oder meinst du die PCF?

Matthias schrieb:
> Ich überlege mir
> gerade ob ich eventuell noch die Spannung der Batterie selbst per ADC
> evtl messen soll, zwecks Batterielebensdauer..
Dann wird durch den ADC-Leckstrom die Lebensdauer massiv reduziert, 
oder? ;)

Nimm ein fertiges DS3231-Modul von ebay. Kostet fertig "nichts", ist mit 
EEPROM und Batteriehalter.
Musst nur aufpassen und die Schaltung mal nachsehen, es gibt welche wo 
die Batterie an den 5V hängt.

von Matthias (Gast)


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Danke euch beiden für eure Mühe, hat mir sehrweitergeholfen.

Verpolungsschutz: hatte ich ganz vergessen.
Habe mir folgende Diode angeschaut:
FM5817. Sehr geringe Spannung(ca 0,15V) die an der Diode selbst abfällt. 
Diese kommt in reihe in Durchlassrichtung zwischen Pluspol der Batterie 
und dem PCF2129.
Als Batterie hatte ich an eine normale CR2032 gedacht.
Was sagt ihr dazu?

Im DB der RTC (PCF2129) wird der Stromverbrauch mit I=0,70uA @ 3V3 
angegeben. Nehmen wir an die CR2032 liefert ca 2,85V wegen Spgsabfall an 
der Diode, so verbraucht der PCF 0.81uA, also 0.1uA mehr. Was ja immer 
noch für ein paar Jährchen ausreichen sollte.

Bauform B. schrieb:
> Ansonsten hab' ich noch den SDI-Pin auf Masse gelegt und für C1 und C89
> C0G-Typen verwendet, dafür aber nur 10n.

Was ist der Grund für die 10nF statt 100nF wie im DB angegeben?


Vielen Dank
lG

von Bauform B. (bauformb)


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Matthias schrieb:
> Was ist der Grund für die 10nF statt 100nF wie im DB angegeben?

berechtigte Frage. Für den BBS-Pins sagt das Datenblatt 1n bis 100n, da 
bin ich mit 10n genau in der Mitte (je nach Rechenart). Und an der 
Batterie {Argumente an den Haaren herbei zieh}
 - C0G hat theoretisch einen kleineren Leckstrom als irgendein 100n 
Abblock-C.
 - mehr gleiche Teile
 - C0G ist teurer
äh, also, nun ja, nimmst du eben 100n.

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