实时时钟（RTC）的选择与设计：内置晶体与外置晶体的优缺点对比

实时时钟(RTC)作为一种具备独立计时和事件记录功能的设备，现已广泛应用于许多电子产品中，并对时钟的精度要求越来越高。根据封装尺寸、接口方式、附加功能、时钟精度和待机功耗等因素进行分类，市场上有各种种类的RTC产品可供选择。

而在设计外置晶体结构的RTC时，常常会面临以下问题：

1. 外接晶体的选择：

不同厂家、不同批次的晶体产品可能存在个别参数不完全相同的情况，这可能会导致较大的时钟误差。为了获得较高精度的时钟，晶体厂商通常会对32k晶体进行精度筛选，并提供室温下±20ppm至±10ppm、甚至±5ppm的频率精度。然而，即使选择了±5ppm的晶体，仍无法保证在实际设计中达到理想的精度要求，因为晶体的实际频率输出精度受晶体和起振电路共同影响。

不同的RTC芯片对晶体的CL值要求也不同，如果匹配不当，可能会导致较大的误差以及起振缓慢或困难等问题。因此，在实际设计中经常会遇到晶体选择不当的问题，这给客户增加了额外的工作量。

2. 生产和应用中的问题：

外置晶体增加了元件数量，从而增加了不良率的风险。晶体的放置位置对产品性能有影响，一般要求晶体尽量靠近IC的频率引脚，走线要尽量短，避免高频信号线穿过晶体区域等。此外，出于成本考虑，一些客户选择直插型32k晶体，这也增加了生产的负担和效率。

对于外置晶体的RTC设计而言，高温高湿、高污染的应用环境是一个考验。这种环境条件下，晶体部分的线路阻抗和寄生电容容易增加，导致起振困难和精度下降等问题。整个回路特性的变化也可能对晶体本身造成损害，从而使产品存在失效风险。

3. 难以实现温度补偿：

由于材料特性的影响，32k晶体对温度较为敏感，可能导致时钟精度漂移。因此，在对精度要求较高的应用场合，需要进行温度补偿。一种常见的温度补偿方法是利用32k晶体的温度-频率曲线(Δf/f = B*(T - To)2 + fo)来补偿温度引起的误差。然而，不同厂家的晶体曲率系数B有所不同，同时晶体电路匹配也会导致参比温度下的频率偏差fo发生变化，使不同温度点的频率偏差发生变化，从而无法对系统进行温度补偿。如果要实现高精度的温度补偿，每个晶体都需要进行参数标定，这显然是不现实的。

相比之下，内置晶体的RTC具有以下优点：

1. 减少器件数量，使得设计更紧凑和可靠。内置晶体RTC可以确保时钟精度的一致性，并避免除温度以外的因素对精度产生影响。同时，内置晶体RTC可以节省晶体匹配所需的时间和精力。

2. 内置晶体RTC能够实现低功耗特性，延长备用电池的使用寿命，为保持超长时钟数据提供支持。

另外，在内置晶体RTC设计中，不再需要考虑晶体的布局和走线，所有产品采用SMD封装，从而提高生产质量和效率。

尽管如此，并非所有情况下都适合使用内置晶体RTC。在某些特定的应用需求下，仍然可能需要使用外置晶体RTC以满足更高精度要求或特殊环境下的稳定性要求。

总之，根据实际需求和应用场景，选择合适的RTC结构(内置晶体或外置晶体)对于确保时钟精度、性能可靠性和设计效率都非常重要。