¿Cómo se calibra el cristal de 32.768 kHz para PIC24 RTCC?

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

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Tony es desdeñoso con respecto a mi referencia, pero eso no es problema, hay otras fuentes que lo confirman. (Tenga en cuenta que sí usa 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 un factor mil.) Tal vez acepte la autoridad de ENTSOE , esa es la "Red Europea de Operadores de Sistemas de Transmisión para Electricidad". Ellos deben saber. De este documento :

  

Activación de CONTROL PRIMARIO. Se activa la activación de CONTROL PRIMARIO   Antes de que la DEVIACIÓN DE FRECUENCIA hacia la frecuencia nominal exceda   \ $ \ pm \ $ 20 mHz.

     

Desviación máxima permitida de frecuencia de estado casi estable después de   Incidente de referencia. Una desviación de la frecuencia de estado casi estable de   \ $ \ pm \ $ 180 mHz lejos de la frecuencia nominal se permite como máximo   valor en el ÁREA SINCRÓNICA UCTE después de la aparición de una referencia   incidente después de un período de operación inicialmente no perturbado. Al asumir eso   el efecto de autorregulación de la carga está ausente, el máximo permitido   la desviación de estado casi estable sería \ $ \ pm \ $ 200 mHz.

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

Incluso si ignoramos los incidentes de 200 mHz, todavía hay desviaciones de 20 mHz. Estamos hablando de 400 ppm, eso es más que un orden de magnitud que el error del cristal no calibrado. 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 lo suficientemente buena para calibrar un cristal.
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El gráfico muestra que una frecuencia de red de 50Hz fluctúa continuamente entre 49.9Hz y 50.1Hz, es decir, un error de 0.2%, o 2000 ppm. Un cristal de reloj sin calibrar es de 20 ppm de precisión. (La escala horizontal es días.)

Este dispositivo puede ser de ayuda:

EsunRelojAtómicodeEscaladeChipsquegeneraunaondacuadradade10MHzcon1.5\$\veces\$10\$^{-10}\$precisión,variosórdenesdemagnitudmásprecisosqueTCXO(Osciladordecristalatemperaturacontrolada).Sintonicesuosciladorparaobtener10000000pulsosdelCSACen32768ciclosdesucristal.

Sólo1500dólares,loquemepareceunaganga.(Portuculpa,deberíashabermencionadounpresupuesto:-))

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Masbarato?OK, este OCXO (Oscilador de cristal controlado por horno) tiene una estabilidad de frecuencia de 5ppb (0.005ppm) y menos de 0.1ppm de envejecimiento por año. Alrededor de 150 dólares. Disponible en 16.384MHz, que es un múltiplo de 32.768kHz (500x). Usted mencionó esto en su pregunta, aunque realmente no hay razón para esto.

Algunos receptores GPS tienen una salida de 1 PPS (Pulso por segundo), que también debería tener una alta precisión. Tendría que contar los ciclos de su propio reloj de 32.768 kHz durante al menos 30 segundos para obtener una precisión de 1 ppm. Lo ideal es que en un solo segundo obtengas 32 768 conteos \ $ \ pm \ $ 1, que es solo una resolución de 30 ppm.

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 ultra precisa, no por la calidad de los resultados, sino por el costo y el esfuerzo involucrado por unidad en el proceso de calibración.

Lo que he encontrado 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 costo o desarrollo. Si deja un circuito RTC alimentado en una caja durante 10 días, todo lo que necesita es una computadora conectada a un servidor de tiempo con una precisión de 1 segundo para alcanzar ~ 1 ppm, que es mucho menos que el error típico de 1 año del cristal de 32.768 kHz ( ¿Cuál es su peor problema si calibra el error nominal y la compensación de temperatura? No sé si se trata de cantidades de hobby o de producción, pero esta solución funciona muy bien de cualquier manera.

Todo lo que hicimos fue configurar el reloj para un lote completo de tableros (programáticamente, o puedes hacerlo manualmente si lo deseas) con una precisión de 1 segundo o más. Luego, deje ese lote por un período de tiempo y verifique qué tanto han avanzado (cada uno). 1 segundo en 10 días es de aproximadamente 1 ppm. Deseará medir los ppm en realidad desviados por el RTC, luego escalarlos utilizando la información de la hoja de datos y listo.

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 inundar la precisión de su calibración para temperaturas de más de 10 o más grados C desde su entorno de calibración.

Espero que ayude!

Este usuario usó métodos de conteo de frecuencia que toman mucho tiempo para medir. De modo que no tenga en cuenta su ruido de fase a corto plazo es el piso de ruido de su contador y la relación señal a ruido. El método preferido es usar un contador de Intervalo de Tiempo bloqueado TCXO (pref HP o Agilent ahora) que mide el intervalo de N ciclos de reloj usando el reloj PLL de 100MHz bloqueado al reloj de referencia OCXO y luego promedia y luego invierte para mostrar la Frecuencia en 1 segundo o 100 segundos 10 decimales. La reducción del ruido de salida reduce la desviación estándar de las muestras de la raíz N.

Aquí vemos el promedio hacia 1e6 y la estabilidad de la línea de alimentación 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 intervalo de tiempo de HP adecuado.

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

Sinlugaradudas,lostransitoriosdiariosparalosciclosdecargadelafaseylafrecuenciadelaredde50/60Hzsonextremadamenteestables.SololoserroresdemedicióndepromediarfallasenlugardeusarconteosdeTIdeprecisiónyfiltrarfallasmejoraránlosresultados.Lassobrecargasdeclientestambiénpuedenalterarlosresultadoscuandosufasenoestásincronizadacuandosevendeenergíaaunaempresavecina.

Losserviciospúblicosdebenestarsincronizadosconsusclientesentodoelpaísyentodoelmundolomejorposibleparaevitarinestabilidadesevidentes.HaymejorassignificativasenlaestabilidaddelSistemadeControlparaevitarlareacciónexcesivaaEMP,tormentassolaresybloqueodelaredenlaúltimadécada.Misobservacionesselimitaronafinalesdelos70cuandolasseñaleseraninclusomásestablesqueestagráfica.HanocurridomuchascosasconunmovimientohacialasredesdeHVDCqueevitanlasrestriccionesobviasbloqueadasdelafasePLLdecompartirelpoderenuncontinente.PerolastoleranciasaceptablesparalosclientessonflojasencomparaciónconlanaturalezadeusocompartidodelareddegigawattPLLenmododeusocompartidoactual.(Puedoobtenermásteoríaperoesdemasiadotécnico)

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

  

"En el corto plazo (segundos a horas), se emplean varios mecanismos   que continuamente tratan de mantener la frecuencia lo más cerca posible a    50.0000 Hz , pero eso no tiene en cuenta la fase (es decir, error de reloj). Mientras la desviación entre el tiempo verdadero y el tiempo indicado por   un reloj accionado por la red es inferior a 20 segundos, observado a las 8 en punto   Por la mañana, no se toman más medidas. Cuando esa desviacion   Supera los 20 segundos, se programa una corrección: durante el día siguiente.   Reguladores de frecuencia (de medianoche a medianoche) en toda la zona.   se ajustará a 10 mHz por encima o por debajo de los 50.0000 Hz normales.   Idealmente, esto resulta en una corrección de 17.28 segundos. Lo anterior   Normalmente debe mantener la desviación dentro de unos 30 segundos. Sólo si   La desviación superior a 60 segundos son correcciones mayores a 10 mHz.   permitido. "

10mHz / 50Hz = 0.2 PPM, que ofrece una mejor estabilidad de la que se puede esperar del reloj de 32KHz, lo que demuestra que puede usarse fácilmente para calibrar su reloj.

másref. enlace pacto europeo para garantizar la estabilidad de frecuencias en todo el continente. Unión para la Coordinación de la Transmisión de Electricidad: Estudio de Pre-Factibilidad

enlace estudio de resumen

Todo esto respalda lo que dije desde el principio, de que si no estuvieran estables en fase y frecuencia, causaría fallas de energía masivas e inestabilidad al compartir el poder. Esto es algo que Winnipeg MB, en el centro de Canadá, hizo desde el principio en los años 70 y alimentaba a los estados de la zona horaria central con sus más de diez Terawatt (10TW) fuentes de energía en energía hidroeléctrica , una importante exportación desde Canadá.