RTCs kennen die exakte Uhrzeit

Vom GPS-Empfänger über portable Multimedia-Player bis hin zu implantierten Blutzuckermessgeräten benötigen elektronische Geräte integrierte Zeitfunktionen. RTCs im Kleinstformat liefern die exakte Uhrzeit bei minimalem Strombedarf.

Unabhängig von Internet und Akkutechnologie sind ganz normale PC-Anwender schon seit längerem gewohnt, eine genaue Uhrzeit abzulesen, sobald sie ihren Rechner einschalten. Dass dies ohne externe Stromzufuhr funktioniert, liegt an den eingebauten Echtzeituhren oder Real Time Clocks (RTCs). Echtzeituhren sind Hardware-Uhren, die die Uhrzeit auch beim Ausschalten eines Gerätes fortschreiben.

Die Hardware-Uhr ist ein Chip, der im Grunde wie eine Quarzuhr einen Zähler und einen Uhrenquarz als Taktgeber (32 kHz) enthält. Der Zähler wird bei jedem Takt des Frequenzgebers erhöht. Damit die Uhr nicht stehenbleibt, wenn das Gerät ausgeschaltet wird, ist im Gerät ein Energiespeicher untergebracht. Bei modernen PCs ist dies meist eine Lithiumzelle (3 V) auf der Hauptplatine.

Im Gegensatz dazu gibt es auch separate Echtzeituhren, die bei einem sehr geringen Strombedarf die Hauptstromversorgung des Gerätes nutzen, in dem sie eingebaut sind. Häufig finden sich diese Applikationen bei tragbaren Geräten und Sicherheitssystemen, die für bestimmte Aufgaben die Erfassung der Uhrzeit benötigen. Bei elektronischen Zugangssystemen mit Token-Lösungen zu Gebäuden oder IT-Systemen lässt sich beispielsweise erfassen, wer wann ein Gebäude betritt oder auf bestimmte Anwendungen zugreift. Zudem kommen in der Gebäudeautomation Echtzeituhren auch bei Funksensoren zum Einsatz, die die Beleuchtung oder die Temperatur regeln.

Häufig verbringen viele Funksensorknoten die meiste Zeit im Schlafmodus. Ihr einzig waches Subsystem ist die Echtzeituhr. Sobald der Sensorknoten eine Sensoreingabe messen soll, weckt ihn diese. In der Energiebilanz lohnt sich die Methode sogar bei GPS-Applikationen, bei denen der Prozessor jede Sekunde geweckt wird, um eine neue Satellitenposition zu erhalten.

Steht eine nutzbare Stromversorgung zur Verfügung, können zum Teil Echtzeituhren als Softwarelösung ähnliche Aufgaben bewältigen. Schließlich lässt sich eine präzise Zeitbasis auch mit dem Hauptquarz des Mikrokontrollers programmieren. Geht es allerdings um extreme Genauigkeit und niedrigsten Stromverbrauch sind separate Hardwarelösungen in Chipform von Vorteil. Sie benötigen weniger Strom als die Echtzeitfunktion eines Prozessors. Daher sind sie auch für weitere High-Tech-Anwendungen wie Smart Meter und Energy-Harvesting-Systeme interessant.

Aktuelle Echzeituhr-ICs verfügen über Abmessungen im Millimeterbereich und arbeiten im Spannungsbereich von wenigen Volt. Hierbei liegt der Stromverbrauch im Nano- bis Mikro- Ampere-Bereich. Die Quarze sind optimal auf die RTC-Funktionen abgestimmt, so dass eine hohe Genauigkeit gewährleistet ist. Weitere Funktionen wie das Anbringen von Zeitstempeln an Power-Down-Ereignissen, die Erkennung mangelnder Batteriekapazität oder das Umschalten auf eine Backup-Batterie sind in hochwertigen RTC-ICs bereits integriert. Zusätzliche Bauelemente sind so nicht notwendig.

Hochmoderne RTCs vereinfachen das Design portabler Geräte und steigern die Leistungsfähigkeit von Systemen, deren Funktionen auf das Aufzeichnen von Daten, das Anbringen von Zeitstempeln, die Überwachung von Intervallen oder die Synchronisation angewiesen sind. In Zukunft werden diese Applikationen, zu denen heute Digitalkameras, GPS-Empfänger, portable Multimedia-Player, Kartenleser und tragbare medizinische Überwachungsgeräte wie Blutzucker-Messgeräte gehören, ein immer größeres Marktvolumen einnehmen.