¿Cómo se calibra el cristal de 32.768kHz para PIC24 RTCC?

Calibrar contra la frecuencia de la red, como sugiere Tony, es una mala idea. La precisión a largo plazo puede ser buena, pero la precisión a corto plazo no lo es.

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Tony desdeña mi referencia, pero eso no es problema, hay otras fuentes que confirman esto. (Tenga en cuenta que usa mi referencia para mostrar una precisión absoluta de 10 mHz/50 Hz = 0,1 ppm (sic). Parece que está tan preocupado con sus 10$^{-10}$que no ve un factor de error de mil.) Tal vez acepta la autoridad de la ENTSOE , que es la "Red Europea de Operadores de Sistemas de Transmisión de Electricidad". deberían saber De este documento :

Activación de CONTROL PRIMARIO. La activación del CONTROL PRIMARIO se activa antes de que la DESVIACIÓN DE FRECUENCIA hacia la frecuencia nominal exceda$\pm$20 MHz.

Desviación de frecuencia máxima admisible en estado cuasi-estacionario después del incidente de referencia. Una DESVIACIÓN DE FRECUENCIA cuasi-estado estable de$\pm$Se permite una desviación de 180 mHz de la frecuencia nominal como valor máximo en el ÁREA SÍNCRONA UCTE tras la ocurrencia de un incidente de referencia después de un período de operación inicialmente sin perturbaciones. Al suponer que el efecto de autorregulación de la carga está ausente, la desviación máxima permisible en estado cuasi-estacionario sería$\pm$200MHz

Este sitio le brinda una vista en tiempo real de la desviación.

Incluso si ignoramos los incidentes de 200 mHz, todavía hay desviaciones de 20 mHz. Estamos hablando de 400 ppm, eso es más de un orden de magnitud que el error del cristal sin calibrar. 4000 ppm o dos órdenes de magnitud teniendo en cuenta las incidencias de referencia. Entonces, la conclusión sigue siendo la misma: la precisión a corto plazo de la frecuencia de línea no es lo suficientemente buena para calibrar un cristal.
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El gráfico muestra que una frecuencia de red de 50 Hz fluctúa continuamente entre 49,9 Hz y 50,1 Hz, lo que representa un error del 0,2 % o 2000 ppm. Un cristal de reloj sin calibrar tiene una precisión de 20 ppm. (La escala horizontal son días).

Este dispositivo puede ser de ayuda:

Es un reloj atómico a escala de chip que emite una onda cuadrada de 10MHz con 1.5$\times$10$^{-10}$precisión, varios órdenes de magnitud más precisos que TCXO (oscilador de cristal controlado por temperatura). Sintonice su oscilador para que obtenga 10 000 000 pulsos del CSAC en 32 768 ciclos de su cristal.

Sólo 1500 dólares, lo que me parece una ganga. (Tu propia culpa, deberías haber mencionado un presupuesto :-))

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¿Más barato? Bien, este OCXO (oscilador de cristal controlado por horno) tiene una estabilidad de frecuencia de 5 ppb (0,005 ppm) y menos de 0,1 ppm de envejecimiento por año. Alrededor de 150 dólares. Disponible en 16,384 MHz, que es un múltiplo de 32,768 kHz (500x). Usted mencionó esto en su pregunta, aunque realmente no hay razón para esto.

Algunos receptores GPS tienen una salida de 1 PPS (pulso por segundo), que también debería tener una alta precisión. Tendría que contar los ciclos de su propio reloj de 32,768 kHz durante al menos 30 segundos para obtener una precisión de 1 ppm. Idealmente, un solo segundo le dará 32 768 conteos$\pm$1 recuento, que es solo una resolución de 30 ppm.

He tenido varios diseños en los que tuve que calibrar un RTC durante un proceso de producción en volumen. Mi experiencia no ha sido buena tratando de sincronizar o comparar con algún tipo de referencia ultra precisa, no por la calidad de los resultados, sino por el costo y el esfuerzo que implica por unidad en el proceso de calibración.

Lo que he encontrado que funciona mejor NO es una ventana corta de alta precisión, sino una ventana más larga de precisión moderada, y se puede hacer por muy poco costo o desarrollo. Si deja un circuito RTC alimentado en una caja durante 10 días, todo lo que necesita es una computadora conectada a un servidor de tiempo con una precisión de 1 segundo para lograr ~1 ppm, que es mucho menos que el error típico de envejecimiento de 1 año del cristal de 32,768 kHz ( cuál es su peor problema si calibra el error nominal y compensa la temperatura). No sé si estás hablando de cantidades de hobby o de producción, pero esta solución funciona muy bien de cualquier manera.

Todo lo que hicimos fue configurar el reloj para un lote completo de tableros (mediante programación, o puede hacerlo manualmente si lo desea) con una precisión de 1 segundo o mejor. Luego, deje ese lote por un período de tiempo y verifique cuánto se han desviado (cada uno). 1 segundo en 10 días es aproximadamente 1 ppm. Querrá medir las ppm reales desviadas por el RTC, luego escalarlas usando la información de la hoja de datos y listo.

También debo mencionar que la compensación de temperatura (si su aplicación lo permite) es importante si va a experimentar una amplia variedad de temperaturas. El error de temperatura puede anular cualquier precisión de su calibración para temperaturas de más de 10 o más grados C de su entorno de calibración.

¡Espero que ayude!

Este usuario usó métodos de conteo de frecuencia que toman mucho tiempo para medir. Por lo tanto, ignore su ruido de fase a corto plazo, el ruido de fondo de su contador y la relación señal/ruido. El método preferido es usar un contador de intervalos de tiempo TCXO bloqueado (preferir HP o Agilent ahora) que mide el intervalo de N ciclos de reloj usando un reloj PLL de 100 MHz bloqueado en el reloj de referencia OCXO y luego promedia y luego invierte para mostrar la frecuencia en 1 segundo o 100 segundos para 10 decimales. Promediar el ruido reduce la desviación estándar por raíz N muestras.

Aquí vemos un promedio hacia 1e6 y la estabilidad de la línea eléctrica se proyecta hacia 1e-6 o 1 en 10^6 después de 5e6 segundos. Esto se puede hacer en 1e2 segundos con un contador de intervalo de tiempo HP adecuado.

La referencia de StevenH a la estabilidad es horrible y el autor admite que todo el error a corto plazo se debe a un error de medición.

No obstante, salvo los transitorios diarios de los ciclos de carga, la fase y la frecuencia de la red de 50/60 Hz son extremadamente estables. Solo los errores de medición de promediar con fallas en lugar de usar conteos de TI de precisión y filtrar fallas mejorarían los resultados. Las sobrecargas de clientes también pueden alterar los resultados cuando su fase no está sincronizada al vender energía a una empresa de servicios públicos vecina.

Las empresas de servicios públicos deben mantenerse sincronizadas con sus clientes en todo el país y en todo el mundo lo mejor posible para evitar inestabilidades obvias. Hay mejoras significativas en la estabilidad del sistema de control para evitar una reacción exagerada a EMP, tormentas solares y bloqueo de red en la última década. Mis observaciones se limitaron a finales de los 70, cuando las señales eran aún más estables que este gráfico. Han pasado muchas cosas con un movimiento hacia las redes HVDC que evitan las restricciones obvias de bloqueo de fase PLL de compartir energía en un continente. Pero las tolerancias aceptables para los clientes son poco estrictas en comparación con la naturaleza compartida de la red de los PLL de gigavatios en el modo compartido actual. (Puedo obtener más teoría pero es demasiado técnico)

El autor comenta que el gráfico ruidoso que muestra Stevenh tiene un exceso de ruido a corto plazo debido a un error de medición, que se puede eliminar con un BPF activo a 50 (60) Hz. Continúan diciendo..

"A corto plazo (segundos a horas), se emplean varios mecanismos que continuamente intentan mantener la frecuencia lo más cerca posible de 50.0000 Hz, pero que no consideran la fase (es decir, error de reloj). Mientras la desviación entre la hora real y la hora indicada por un reloj conectado a la red sea inferior a 20 segundos, observada a las 8 de la mañana, no se toman más medidas. Cuando esa desviación supera los 20 segundos, se programa una corrección: durante el día siguiente (de medianoche a medianoche) los reguladores de frecuencia en toda la zona se establecerán en 10 mHz por encima o por debajo de los 50.0000 Hz normales. Idealmente, esto da como resultado una corrección de 17,28 segundos. Lo anterior normalmente debería mantener la desviación dentro de unos 30 segundos. Solo si la desviación supera los 60 segundos se permiten correcciones superiores a 10 mHz".

10mHz /50Hz = 0,2 PPM, que es una mejor estabilidad que la que se puede esperar de un reloj de 32KHz, lo que demuestra que se puede usar fácilmente para calibrar su reloj.

más ref. http://www.stabilitypact.org/wt2/040607-ucte.pdf Pacto europeo para garantizar la estabilidad de frecuencias en todo el continente. Unión para la Coordinación de la Transmisión de Energía Eléctrica: Estudio de Prefactibilidad

http://www.ucteipsups.org/Pdf/Download/englisch/UCTE-IPSUPS_SoIaC_glossy_print.pdf resumen del estudio

Todos estos respaldan lo que dije desde el principio de que si no fueran estables en fase y frecuencia, causarían fallas masivas de energía e inestabilidad al compartir la energía. Esto es algo que Winnipeg MB en el centro de Canadá hizo desde el principio en los años 70 y estaba alimentando a los estados de EE. UU. de la zona horaria central con sus más de diez teravatios (10 TW) de fuentes de energía en energía hidroeléctrica , una importante exportación de Canadá.