Cómo calibrar un cristal de 32.768kHz para PIC24 RTCC

Question

Estoy tratando de averiguar el mejor método para la calibración de cristal PIC24 RTCC. Su nota de aplicación establece dos métodos: el uso de una tabla de consulta y el uso de un reloj de referencia del sistema.

Según ellos, el método del reloj del sistema de referencia es el mejor, pero recomiendan un oscilador del sistema que sea múltiplo del oscilador de cristal RTCC, como 16,777 MHz.

¿Alguien ha probado este proceso de calibración de cristal RTCC para PIC24? Agradecería algunas directrices prácticas. Estoy usando PIC24FJ128GA006 .

Answer 1

Calibrar contra la frecuencia de la red, como sugiere Tony, es una mala idea. La precisión a largo plazo puede ser buena, pero a corto plazo no.

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Tony desprecia mi referencia, pero no hay problema, hay otras fuentes que lo confirman. (Tenga en cuenta que él hace utilizar mi referencia para mostrar una precisión absoluta de 10 mHz/50 Hz = 0,1 ppm (sic). Parece que está tan preocupado con su 10 \$^{-10}\$ que no ve un error de factor mil). Tal vez acepte la autoridad del ENTSOE es decir, la "Red Europea de Gestores de Redes de Transporte de Electricidad". En debe saber. En este documento :

Activación de CONTROL PRIMARIO. La activación de PRIMARY CONTROL se produce antes de que la DESVIACIÓN DE FRECUENCIA hacia la frecuencia nominal \$\pm\$ 20 mHz.

Desviación máxima admisible de la frecuencia en estado cuasi estacionario después de Incidente de referencia. [ ] \$\pm\$ 180 mHz de la frecuencia nominal máximo en el ÁREA SINCRÓNICA DE LA UCTE tras un incidente de referencia de referencia tras un periodo de funcionamiento inicial sin perturbaciones. Cuando se supone que el efecto de autorregulación de la carga está ausente, la desviación máxima admisible desviación en estado cuasi estacionario sería de \$\pm\$ 200 mHz.

Este sitio le ofrece una visión en tiempo real de la desviación.

Incluso si ignoramos los incidentes de 200 mHz, sigue habiendo desviaciones de 20 mHz. Estamos hablando de 400 ppm, eso es más de un orden de magnitud que el error del cristal sin calibrar. 4000 ppm o dos órdenes de magnitud teniendo en cuenta los incidentes de referencia. Así que la conclusión sigue siendo la misma: la precisión a corto plazo de la frecuencia de línea no es en absoluto suficiente para calibrar un cristal.
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El gráfico muestra que una frecuencia de red de 50 Hz fluctúa continuamente entre 49,9 Hz y 50,1 Hz, lo que supone un error del 0,2%, o 2000 ppm. Un cristal de reloj sin calibrar tiene una precisión de 20ppm. (La escala horizontal corresponde a los días).

Este dispositivo puede ser de ayuda:

Es un Reloj atómico a escala de chip que emite una onda cuadrada de 10 MHz con 1,5 \$\times\$ 10 \$^{-10}\$ varios órdenes de magnitud más preciso que el TCXO (Oscilador de Cristal de Temperatura Controlada). Sintonice su oscilador de forma que obtenga 10 000 000 de impulsos del CSAC a lo largo de 32 768 ciclos de su cristal.

Sólo 1500 dólares, lo que me parece una ganga. (Culpa tuya, deberías haber mencionado un presupuesto :-))

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¿Más barato? SÍ, este OCXO (Oscilador de Cristal Controlado en Horno) tiene una estabilidad de frecuencia de 5ppb (0,005ppm) y menos de 0,1ppm de envejecimiento al año. Cuesta unos 150 dólares. Disponible en 16,384MHz, que es un múltiplo de 32,768kHz (500x). Mencionaste esto en tu pregunta, aunque realmente no hay razón para ello.

Algunos Receptores GPS tienen una salida de 1 PPS (pulso por segundo), que también debería tener una alta precisión. Tendrías que contar ciclos de tu propio reloj de 32,768 kHz durante al menos 30 segundos para conseguir una precisión de 1 ppm. Idealmente, un solo segundo le dará 32 768 cuentas. \$\pm\$ 1 recuento, que es sólo una resolución de 30 ppm.

Answer 2

He tenido varios diseños en los que he tenido que calibrar un RTC durante un proceso de producción en volumen. Mi experiencia no ha sido buena al intentar sincronizar o comparar con algún tipo de referencia ultraprecisa, no por la calidad de los resultados, sino por el coste y el esfuerzo que supone por unidad el proceso de calibración.

Lo que he descubierto que funciona mejor NO es una ventana corta de alta precisión, sino una ventana más larga de precisión moderada, y se puede hacer por muy poco coste o desarrollo. Si dejas un circuito RTC alimentado en una caja durante 10 días, todo lo que necesitas es un ordenador conectado a un servidor de tiempo con una precisión de 1 segundo para conseguir ~1 ppm, que es mucho menos que el típico error de envejecimiento de 1 año del cristal de 32.768kHz (que es tu peor problema si calibras el error nominal y compensas la temperatura). No sé si estás hablando de cantidades de hobby o de producción, pero esta solución funciona muy bien de cualquier manera.

Todo lo que hicimos fue ajustar el reloj para todo un lote de placas (programáticamente, o puedes hacerlo manualmente si quieres) con una precisión de 1 segundo o mejor. A continuación, dejar que el lote de un cierto período de tiempo y comprobar hasta qué punto han (cada uno) a la deriva. 1 segundo en 10 días es aproximadamente 1 ppm. Usted querrá medir el ppm en realidad a la deriva por el RTC, a continuación, la escala utilizando la información de la hoja de datos y ya está.

También debo mencionar que la compensación de temperatura (si su aplicación lo permite) es importante si va a experimentar una gran variedad de temperaturas. El error de temperatura puede anegar cualquier precisión de su calibración para temperaturas de más de 10 o así grados C de su entorno de calibración.

Espero que le sirva de ayuda.

Answer 3

Este usuario utilizó métodos de recuento de frecuencias que tardan mucho tiempo en medirse. Así que no tenga en cuenta su ruido de fase a corto plazo es el ruido de fondo de su contador y la relación señal a ruido. El método preferido es utilizar un TCXO bloqueado contador de intervalos de tiempo (pref HP o Agilent ahora) que mide el intervalo de N ciclos de reloj utilizando 100MHz PLL reloj bloqueado al reloj de referencia OCXO y luego promedios luego invierte para mostrar la frecuencia en 1 segundo o 100 segundos a 10 decimales. Al promediar el ruido se reduce la desviación estándar por la raíz de N muestras.

Aquí vemos la media hacia 1e6 y la estabilidad de la línea de potencia se proyecta hacia 1e-6 o 1 en 10^6 después de 5e6 segundos. Esto se puede hacer en 1e2 segundos con un contador de intervalos de tiempo HP adecuado.

La referencia de StevenH a la estabilidad es horrible y el autor admite que todo el error a corto plazo se debe a un error de medición.

Sin embargo, salvo los transitorios diarios de los ciclos de carga, la fase y la frecuencia de la red de 50/60 Hz son extremadamente estables. Sólo los errores de medición derivados de promediar con fallos en lugar de utilizar recuentos TI de precisión y filtrar los fallos mejorarían los resultados. Las sobrecargas de los clientes también pueden alterar los resultados cuando su fase está desincronizada al vender energía a una compañía eléctrica vecina.

Las empresas de servicios públicos tienen que estar lo mejor sincronizadas posible con sus clientes en todo el país y en todo el mundo para evitar inestabilidades evidentes. En la última década se han producido mejoras significativas en la estabilidad de los sistemas de control para evitar reacciones exageradas ante los PEM, las tormentas solares y el bloqueo de la red. Mis observaciones se limitan a finales de los años 70, cuando las señales eran aún más estables que en este gráfico. Se ha avanzado mucho hacia las redes HVDC, que evitan las obvias limitaciones de bloqueo de fase PLL del reparto de energía a través de un continente. Sin embargo, las tolerancias aceptables para los clientes son muy reducidas en comparación con la naturaleza de compartición de red de los PLL de gigavatios en el modo de compartición actual. (Puedo dar más detalles teóricos, pero son demasiado técnicos).

El autor comenta que el gráfico ruidoso mostrado por Stevenh tiene un exceso de ruido a corto plazo debido a un error de medición, que puede eliminarse con un BPF activo a 50 (60) Hz. THey seguir diciendo ..

"A corto plazo (de segundos a horas), se emplean varios mecanismos que intentan continuamente mantener la frecuencia lo más cerca posible de 50,0000 Hz pero que no tienen en cuenta la fase (es decir, el error de reloj). Siempre que la desviación entre la hora real y la hora indicada por un reloj de red es inferior a 20 segundos, observada a las 8 horas en de la mañana, no se toman más medidas. Cuando esa desviación supera los 20 segundos, se programa una corrección: durante el día siguiente (de medianoche a medianoche) los reguladores de frecuencia de toda la zona se ajustarán 10 mHz por encima o por debajo de los 50,0000 Hz normales. En el mejor de los casos, esto se traduce en una corrección de 17,28 segundos. Lo anterior normalmente debería mantener la desviación dentro de unos 30 segundos. Sólo si la desviación supera los 60 segundos se permiten correcciones mayores de 10 mHz". ".

10mHz /50Hz = 0.2 PPM que es mejor estabilidad de la que se puede esperar de un reloj de 32KHz, por lo que demuestra que se puede utilizar fácilmente para calibrar tu reloj.

más ref. http://www.stabilitypact.org/wt2/040607-ucte.pdf Pacto europeo para garantizar la estabilidad de las frecuencias en todo el continente. Unión para la Coordinación del Transporte de Electricidad: Estudio de prefactibilidad

http://www.ucteipsups.org/Pdf/Download/englisch/UCTE-IPSUPS_SoIaC_glossy_print.pdf estudio resumido

Todo esto apoya lo que dije desde el principio, que si no eran estables en fase y frecuencia, causarían fallos masivos de potencia e inestabilidad al compartir la potencia. Esto es algo que Winnipeg MB en el centro de Canadá hizo desde el principio en los años 70 y estaba alimentando a los estados de la zona horaria central de EE.UU. con sus más de diez teravatios (10TW). fuentes de energía hidroeléctrica una de las principales exportaciones de Canadá.