基于SoC方案的智能电表时钟校准

　　∆f为不同旁路电容情况下晶振频率与基准频率的差值，根据式4可通过下式对曲线进行拟合
          

　　校准流程

　　由于半导体工艺的偏差和寄生参数的存在，电表时钟校准首先需要通过校准设备测量每个晶振的频率温度曲线和电容频率偏差曲线，频率温度曲线的系数K_T和中心轴TI通过筛选晶振获得统一值，仅需测得顶点偏差即可。而电容频率偏差曲线需要将旁路电容设定为不同的值，分别测量不同电容条件下的频率偏差，测量完成后校准设备将数据写入电表，测量流程如图6所示。　　

 

　　电表程序完成曲线拟合后，定时通过温度传感器计算温度，通过晶体温度曲线获得当前晶振偏差，大于30.5ppm的部分采取数字补偿的方法，小于30.5ppm的部分可以通过修改旁路电容进行补偿，补偿流程如图7所示。

　　为进一步提高补偿精度，可以通过批量试验，建立经验数据，在原有曲线基础上增加修订值，图8为补偿效果后的频率输出，可以看出满足常温下±1.5ppm，全温区±3.8ppm的计时精度。　　

 

　　结论

　　本文通过对晶体振荡器温度特性的分析，提出了拟合温度曲线的方法，简化了曲线拟合所需变量数量，常温条件下即可通过测量偏差获得各项参数，根据高精度大范围补偿时钟精度的要求，设计了电容补偿结合数字补偿的校准方案，经实际测试，提高了智能电表全温区时钟模块计时精度，对于降低智能电表成本具有重要意义。

　　参考文献：
　　[1]邹云.温度补偿晶体振荡器的研究.南开大学硕士学位论文,2010
　　[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
　　[3]程雯.用于实时时钟的32.768kHz晶振电路分析与设计.信息技术,2009(1):15-16
　　[4]肖鹏.一种用于温度补偿晶体振荡器的芯片设计.华中科技大学硕士学位论文,2009
　　[5]李扶苏.一种带高阶温度补偿的片内时钟振荡器设计.电路与系统学报,2012,17(3):31-32