在快節奏的現代社會，時間變得越來越寶貴。對于時鐘的電子設計，高精度且低功耗逐漸成為主流。我們就有一個汽車顯示屏的時鐘顯示項目，要求時鐘一天的誤差控制在1s以內。要想達到此要求，則必須滿足晶振的頻率偏差PPM<1/60/60/24*1000*1000=11.574ppm，對于如此高的要求，我們決定采用愛普生的車載實時時鐘RA8900CE。

 

以前我們RTC的解決方案是使用無源晶振，通過軟件算法實現時間顯示。使用無源晶振時需要CPU支持，且由于時間計數要一直運行，導致整機待機功耗增加。如果使用集成的RA8900CE，則僅需主機工作時提取RA8900CE內部寄存器的數據，通過IIC通信實現時鐘顯示，這樣不僅降低了待機功耗，也減少了軟件的工作量，大大縮短了產品的開發周期。另外，無源晶振的偏差會隨著溫度的變化而變化，這就會導致時鐘顯示的精度在冬天和夏天不同，最嚴重時，時鐘一天的偏差可以達到8.6S，用戶會很容易發現時鐘顯示的精度有問題，嚴重影響用戶的使用體驗；而使用RA8900CE時，無論是冬天還是夏天，時鐘一天的偏差始終保持0.5S以內，用戶輕易不會發現時鐘的精度有異常，用戶的使用體驗比較好。

 

RA8900CE符合AEC-Q200認證標準，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，方便我們把RA8900CE放置在MCU附近，大大降低了PCB布線難度。因此，其既滿足晶振要求又降低了PCB布線難度，可謂是一舉兩得。

 

問題總攬

 

增加RA8900CE芯片后，我們發現樣品初次上電后，DAB芯片無法和MCU正常通信。樣品的電路框圖如下圖所示：

 

圖1：汽車顯示屏的時鐘顯示電路框圖

 

問題分析及解決

 

樣品初次上電，DAB芯片無法和MCU正常通信。這是個富有挑戰的問題，為了探究原因，我們采用排除法的思考方式，分析如下：

 

圖2：問題分析

 

首先，要鎖定導致問題的模塊。我們先確認DAB上電時序，如圖3所示，DAB芯片對上電時序有要求，即接口電源DVDDIO一定要在主電源VBAT之后上電。可是，我們測試后發現DVDDIO提前于VBAT上電，進而導致DAB通信異常。導致DAB通信異常的原因找到了，但是，究竟為何上電時序會不滿足？

 

我們設計的DAB電源如圖3所示，通過MCU控制5VSW和3.3VSW，保證5VSW提前與3.3VSW上電，理論設計完全滿足DAB上電時序要求。但是，為何實際情況和理論設計的情況相差甚遠？

 

圖3：DAB上電時序

 

通過測量電源時序，最終我們發現是由于追加的RA8900CE芯片，在初始上電階段導致電源串電，3.3VSW電源跟隨3.3VMEM提前上電，導致不符合DAB上電時序要求。

 

RA8900CE的內部電路如圖4所示，為了防止3.3VSW沒電時，發生串電現象，我們設置RA8900的寄存器地址為：VDETOFF,SWOFF=(1.1)，這樣設置是保證RA8900CE內部VDD和VBAT之間的開關永遠保持關斷狀態。但是機器第一次上電的時候，RA8900CE的寄存器為默認值，而我們的軟件只有在MCU起來后才可以設置RA8900CE的寄存器地址為：VDETOFF,SWOFF=(1.1)。這樣，就會導致有一段時間VBAT和VDD直連，導致3.3VSW電源跟隨3.3VMEM提前上電，進而導致DAB和MCU通信異常。

 

圖4：RA8900CE的內部電路

 

知道了問題的根本原因，找到解決方案就變得很容易。由于RA8900CE工作時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共用一個電源的方案，即都使用3.3VMEM電源。如此一來就根本的解決了串電問題，進而保證了DAB的上電時序，解決了DAB和MCU無法通信的問題。

 

問題總結

 

簡而言之，忽略了RA8900CE的寄存器設置條件，導致初始上電時DAB上電時序異常，最終導致DAB無法通信。雖然我們解決了此問題，但是如果從設計源頭開始就注意RA8900CE寄存器的設置條件，則會從根本上杜絕此類問題的發生。電子設計容不得一點馬虎，常常差之毫厘謬以千里，希望我的經歷能給使用RA8900CE芯片的小伙伴們提供幫助，防微杜漸，不要讓類似的問題再次發生。