在快節(jié)奏的現(xiàn)代社會(huì)，時(shí)間變得越來(lái)越寶貴。對(duì)于時(shí)鐘的電子設(shè)計(jì)，高精度且低功耗逐漸成為主流。我們就有一個(gè)汽車(chē)顯示屏的時(shí)鐘顯示項(xiàng)目，要求時(shí)鐘一天的誤差控制在1s以?xún)?nèi)。要想達(dá)到此要求，則必須滿(mǎn)足晶振的頻率偏差PPM<1/60/60/24*1000*1000=11.574ppm，對(duì)于如此高的要求，我們決定采用愛(ài)普生的車(chē)載實(shí)時(shí)時(shí)鐘RA8900CE。

 

以前我們RTC的解決方案是使用無(wú)源晶振，通過(guò)軟件算法實(shí)現(xiàn)時(shí)間顯示。使用無(wú)源晶振時(shí)需要CPU支持，且由于時(shí)間計(jì)數(shù)要一直運(yùn)行，導(dǎo)致整機(jī)待機(jī)功耗增加。如果使用集成的RA8900CE，則僅需主機(jī)工作時(shí)提取RA8900CE內(nèi)部寄存器的數(shù)據(jù)，通過(guò)IIC通信實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘顯示，這樣不僅降低了待機(jī)功耗，也減少了軟件的工作量，大大縮短了產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期。另外，無(wú)源晶振的偏差會(huì)隨著溫度的變化而變化，這就會(huì)導(dǎo)致時(shí)鐘顯示的精度在冬天和夏天不同，最嚴(yán)重時(shí)，時(shí)鐘一天的偏差可以達(dá)到8.6S，用戶(hù)會(huì)很容易發(fā)現(xiàn)時(shí)鐘顯示的精度有問(wèn)題，嚴(yán)重影響用戶(hù)的使用體驗(yàn)；而使用RA8900CE時(shí)，無(wú)論是冬天還是夏天，時(shí)鐘一天的偏差始終保持0.5S以?xún)?nèi)，用戶(hù)輕易不會(huì)發(fā)現(xiàn)時(shí)鐘的精度有異常，用戶(hù)的使用體驗(yàn)比較好。

 

RA8900CE符合AEC-Q200認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，是一顆集成32.768KHz晶體單元的高精度DTCXO，全溫度范圍頻率偏差為5ppm，工作電流十分低，僅為0.7uA/3V（Typ.）。

 

而且，RA8900CE支持高達(dá)400Khz的IIC通信，接口電壓支持2.5V~5.5V。最主要RA8900CE的封裝僅為2.5mm*3.2mm，小封裝有利于PCB走線(xiàn)，方便我們把RA8900CE放置在MCU附近，大大降低了PCB布線(xiàn)難度。因此，其既滿(mǎn)足晶振要求又降低了PCB布線(xiàn)難度，可謂是一舉兩得。

 

問(wèn)題總攬

 

增加RA8900CE芯片后，我們發(fā)現(xiàn)樣品初次上電后，DAB芯片無(wú)法和MCU正常通信。樣品的電路框圖如下圖所示：

 

圖1：汽車(chē)顯示屏的時(shí)鐘顯示電路框圖

 

問(wèn)題分析及解決

 

樣品初次上電，DAB芯片無(wú)法和MCU正常通信。這是個(gè)富有挑戰(zhàn)的問(wèn)題，為了探究原因，我們采用排除法的思考方式，分析如下：

 

圖2：?jiǎn)栴}分析

 

首先，要鎖定導(dǎo)致問(wèn)題的模塊。我們先確認(rèn)DAB上電時(shí)序，如圖3所示，DAB芯片對(duì)上電時(shí)序有要求，即接口電源DVDDIO一定要在主電源VBAT之后上電。可是，我們測(cè)試后發(fā)現(xiàn)DVDDIO提前于VBAT上電，進(jìn)而導(dǎo)致DAB通信異常。導(dǎo)致DAB通信異常的原因找到了，但是，究竟為何上電時(shí)序會(huì)不滿(mǎn)足？

 

我們?cè)O(shè)計(jì)的DAB電源如圖3所示，通過(guò)MCU控制5VSW和3.3VSW，保證5VSW提前與3.3VSW上電，理論設(shè)計(jì)完全滿(mǎn)足DAB上電時(shí)序要求。但是，為何實(shí)際情況和理論設(shè)計(jì)的情況相差甚遠(yuǎn)？

 

圖3：DAB上電時(shí)序

 

通過(guò)測(cè)量電源時(shí)序，最終我們發(fā)現(xiàn)是由于追加的RA8900CE芯片，在初始上電階段導(dǎo)致電源串電，3.3VSW電源跟隨3.3VMEM提前上電，導(dǎo)致不符合DAB上電時(shí)序要求。

 

RA8900CE的內(nèi)部電路如圖4所示，為了防止3.3VSW沒(méi)電時(shí)，發(fā)生串電現(xiàn)象，我們?cè)O(shè)置RA8900的寄存器地址為：VDETOFF,SWOFF=(1.1)，這樣設(shè)置是保證RA8900CE內(nèi)部VDD和VBAT之間的開(kāi)關(guān)永遠(yuǎn)保持關(guān)斷狀態(tài)。但是機(jī)器第一次上電的時(shí)候，RA8900CE的寄存器為默認(rèn)值，而我們的軟件只有在MCU起來(lái)后才可以設(shè)置RA8900CE的寄存器地址為：VDETOFF,SWOFF=(1.1)。這樣，就會(huì)導(dǎo)致有一段時(shí)間VBAT和VDD直連，導(dǎo)致3.3VSW電源跟隨3.3VMEM提前上電，進(jìn)而導(dǎo)致DAB和MCU通信異常。

 

圖4：RA8900CE的內(nèi)部電路

 

知道了問(wèn)題的根本原因，找到解決方案就變得很容易。由于RA8900CE工作時(shí)VDD電源消耗的最大電流是1.45uA，電流消耗非常小，因此我們決定采用VDD和VBAT共用一個(gè)電源的方案，即都使用3.3VMEM電源。如此一來(lái)就根本的解決了串電問(wèn)題，進(jìn)而保證了DAB的上電時(shí)序，解決了DAB和MCU無(wú)法通信的問(wèn)題。

 

問(wèn)題總結(jié)

 

簡(jiǎn)而言之，忽略了RA8900CE的寄存器設(shè)置條件，導(dǎo)致初始上電時(shí)DAB上電時(shí)序異常，最終導(dǎo)致DAB無(wú)法通信。雖然我們解決了此問(wèn)題，但是如果從設(shè)計(jì)源頭開(kāi)始就注意RA8900CE寄存器的設(shè)置條件，則會(huì)從根本上杜絕此類(lèi)問(wèn)題的發(fā)生。電子設(shè)計(jì)容不得一點(diǎn)馬虎，常常差之毫厘謬以千里，希望我的經(jīng)歷能給使用RA8900CE芯片的小伙伴們提供幫助，防微杜漸，不要讓類(lèi)似的問(wèn)題再次發(fā)生。