【摘 要】 目前普遍采用的晶振频率误差模型都是将晶振频率随温度的偏差看作一条对称轴平行于Y轴的抛物线，但与实际晶振频率误差有一定出入，因而校准的精度也会受到一定影响。本文以单相智能电能表为例，提出了一种提高电能表MCU内置实时时钟RTC（Real-Time Clock） 精度的方法。

　　【关键词】 智能电表 SoC方案 晶振频率温度补偿 RTC精度

　　0 引言

　　目前智能电能表一般都具有分时、多费率电能表，对时间精确度的要求越来越高，而日计时误差出现的问题也比较突出，国家电网公司给电能表供应商发出的整改通知中在第2条“元器件环节”和第11条“设计、制造工艺环节”都重点提出了日计时误差超差问题，要求重点整改。按照国家电网公司的智能电能表的技术规范要求，电能表的日计时误差必须一般采用的实时时钟有以下3种：（1）软时钟。由于晶振的不稳定性，软时钟对晶振质量的要求极高，出于成本考虑，电能表产品不可能采用价格高昂的晶振。（2）硬时钟。硬时钟同样受到晶振稳定度的影响，如早期常用的RX-8025芯片，由于没有温度补偿功能，因而时钟准确度不高。后来的RX-8025T增加了温补功能，时钟精度较高，而且时钟稳定度好，但成本较高。（3）混合法，即MCU内置RTC。由于成本较低，同时可通过软件对RTC误差进行校正，采用MCU内置RTC目前已经成为电能表设计的首选方案，如何提高内置RTC的时钟精度就显得异常重要。本文就是针对如何提高内置RTC的时钟精度提出一种解决方法。

　　1 现有晶振频率偏差模型的不足

　　RTC温度补偿原理：由于温度和离散性的影响，芯片正常运行时外接的32768Hz晶振的频率在不同的时间会有不同的实际振荡频率。通过温度传感器测量当前温度，根据温度曲线得出当前温度环境下RTC的补偿值，校正寄存器可以对RTC计时进行校正，减小这种差异对最终实际走时带来的影响。

　　采用RTC温度补偿原理，文献1提出了一种MCU内置RTC实时时钟精确计时的方法，文献2中虽然是针对硬时钟设计提出的校正方法，但原理与文献1提出的方法一样，都是将晶振频率随温度的偏差看作一条对称轴平行于Y轴的抛物线，但这种数学模型与实际晶振频率误差曲线有一定出入，因而采用这种模型校准的计时精度也会受到一定影响。

　　2 晶振频率与温度关系曲线改进数学模型及试验结果

　　电能表时钟模块（RTC模块、MCU内置RTC实时时钟）精度是影响日计时误差的最主要原因，也是最难解决的问题。针对目前普遍采用的晶振频率误差数学模型的不足，本文提出了一种改进的晶振频率误差数学模型，产品试验结果证明，校正精度为±1ppm以内。

　　由V9811数据手册提供的晶振频率与温度关系曲线可以看出，当晶振温度低于转折温度时的曲率明显大于晶振温度高于转折温度时的曲率，但数据手册中仍然把它当成抛物线处理。为我司实测并经数据拟合的晶振频率与温度关系曲线，由图1可以看出，当晶振温度低于转折温度时的曲率明显小于晶振温度高于转折温度时的曲率。可见，晶振频率与温度关系曲线并不是理想的一条对称轴平行于Y轴的抛物线具体关系曲线依采购晶振的供应商和批次有关，因此在确定晶振供应商后一般不要更换供应商，在更换供应商和不同批次采购时都必须重新进行温补校正。

　　3 结语

　　如何提高内置RTC的时钟精度是一个关键问题，本文提出的一种晶振频率温度补偿数学模型较好的解决了这一问题。但今后仍然需要继续进行期刊网研究，以便使这一问题得到更好的解决。

　　参考文献：

　　[1]梁世清等.内置RTC作为电能表计时钟的应用.自动化仪表，2012，33（1）：76-78.

　　[2]邓乾中.自校准实时时钟RTC的研究和设计.华中科技大学硕士学位论文，2008.5.