세이코엡손 리얼타임클럭 모듈에 의한 고정밀 시각보정
과거 전파시계의 보급이나 ntp 서버로부터의 표준시각 데이터 수신 등 궁극적으로 정확한 시각을 간단하게 확인하는 사회적인 필요성에 의해 금융이나 교통관리, 전력제어, 방범, 스포츠 등 다양한 애플리케이션에서 정확한 시각 정보를 확인 가능하도록 시스템 설계가 되어 있다. 그런 시스템에서는 데이터 입출력부로써 많은 단말장치가 필수이므로 단말장치도 정확하게 시각정보를 갖고 있어야 할 필요성이 있다. 그런 필요성에 대응하기 위하여 엡손에서는 고안정 주파수를 발진하는 수정 소자를 내장한 리얼타임클럭 모듈을 제공하고 있다.
글: 김남균 / Kim.namk@exc.epson.co.jp 세이코엡손(www.epson.co.jp)
리얼타임클럭 모듈 제품군 안에서도 정밀도가 높은 제품으로써 DTCXO에 의한 온도보정기능을 내장한 리얼타임클록 모듈 RX-4803SA/LC、RA4803SA(시리얼 인터페이스, 이하 4804계)와 RX-8803SA/LC, RA8803SA(I2C인터페이스, 이하 8803계)가 있습니다. 이 제품은 -40~+85℃의 온도범위에서 주파수출력 정밀도 ±3.4×10-6(월차9초)를 유지할 수 있기 때문에, 하루에 해당하는 시계오차를 환산하면 ±0.3초 이하로 유지할 수 있습니다.
상기와 같이 높은 시계정밀도를 갖는 제품이지만 고객의 용도에 따라서는 1초 미만의 짧은 시간오차까지 조정하고 싶다는 요구가 있습니다. 원래 시계기능 1초를 만들기 위해 32.768kHz의 수정진동자를 기준으로 분주하여 사용하지만 복수의 기기에 대하여 동시에 이벤트를 발생되도록 하는 경우, 각각의 기기에 시간을 맞추기 위해 1초 미만의 오차를 조정할 필요가 있습니다(그림1 참고).
그런 요구를 실현하기 위하여 4803계, 8803계의 제품에서는 1초 미만 오차를 조정하도록 기능을 갖고 있습니다. 많은 엡손 리얼타임클록 모듈에서는 소프트웨어에 의한 시각맞춤 RESET 기능이 탑재되어 있기 때문에 상기와 같은 1초 미만의 오차의 조정을 수행할 수 있습니다.
다만 소프트웨어에 의한 시각조정 기능에서는 소프트 처리시간에 의한 시각 편차가 다시 발생하기 때문에 보다 정확한 시간 동기를 요구하는 유저에 따라서는 그 오차도 문제가 됩니다. 따라서 4803계, 8803계에서는 하드웨어에 의한 시각 조정기능인 ERST기능도 탑재되어 있습니다.
그래서 이번에는 엡손 DTCXO내장 리얼타임클럭 모듈(4804계, 8803계)에 탑재되어 있는 1초 미만의 시각 조정을 지원하기 위한 기능(RESE T기능, ERST기능)에 관하여 설명과 구체적인 시각 조정에 대하여 타이밍차트 등을 사용하여 자세한 동작 내용을 설명해 드리겠습니다. 엡손의 리얼타임클록 모듈(4803계、8803계)에서는 하기에 표시한 2종류의 방법에 의해 1초미만의 고정밀 시각맞춤을 설정할 수 있습니다.
1. RESET비트를 이용한 시각맞춤: 소프트웨어에 의한 시각맞춤 방법
2. ERST비트를 이용한 시각맞춤: 하드웨어에 의한 시각맞춤 방법
이하에 각각의 시각 맞춤 방법에 관하여 관련 레지스터, 리셋 동작 등 설정 예에 관하여 자세히 설명하겠습니다. 또한 상기방법 실시 전에는 반드시 외부로부터 동기화한 시각 정보를 입력한 후에 작업을 수행해 주십시오.
1. RESET비트를 이용한 시각맞춤 예
RESET비트를 이용한 시각맞춤은 소프트웨어에 의한 방법으로 리얼타임클럭 모듈의 레지스터 조작에 의해 시각맞춤을 수행할 수 있습니다. 해당 방법은 4804계, 8803계에 한정짓지 않고 엡손의 리얼타임클럭 모듈의 많은 제품에서 채용되어 있습니다.
RESET비트와 동작의 설명(타이밍 챠트 예 포함)
RESET 비트를 “１”로 하면 시간측정회로의 1초 미만의 카운터가 커맨드 종료 타이밍에 리셋됩니다. 특정 시각으로부터 정확하게 시계 동작을 시작하고 싶은 경우, 시각을 셋팅한 후에 리셋을 걸어, 이후 1초마다 카운터가 갱신되는 동작을 하게 됩니다.
RESET 비트 사용시 주의점
RESET비트에 관하여는 이하의 조건이 전제로 동작함. RESET비트가 “１”이 된 것만으로는 카운터는 정지하지 않음.(계속 카운트) 다만, RESET비트 설정에서는 자릿수 올림 정보는 클리어되지 않기 때문에, 초 레지스터 설정 후 1초 안에 처리 요망. RESET동작은 다른 커맨드와 독립적으로 동작함. RESET비트가 씌여지면 커맨드 입력기간 종료시에 1초 미만의 카운터에 리셋이 걸림.
2. ERST비트를 이용한 시각조정 예
ERST비트를 이용한 시각맞춤은 하드웨어에 의한 방법으로 사전에 레지스터 설정을 수행하고 이벤트 신호를 입력하여 시각 조정을 수행할 수 있습니다. 이 수법에서는 먼저 설명한 RESET비트를 이용한 시각 조정과 다르게 소프트웨어 처리시간에 의한 시각 편차가 없기 때문에 보다 정확한 시각 동기를 실현할 수 있습니다.
ERST비트와 동작설명(타이밍 차트 예 포함)
ERST비트를 “１”로 하고 시간측정회로의 1초미만의 카운터가 EVIN단자로 입력된 외부 이벤트의 검출에 동기하여 리셋됩니다. 특정 시각으로부터 정확하게 시간 측정을 시작하고 싶은 경우에는 시각을 셋트한 후에 EVIN단자에 이벤트 입력을 수행하므로 이후 1초마다에 초 자릿수 카운터가 갱신되는 동작이 됩니다.
EVIN단자로의 신호입력에 의해 이벤트 검출은 EHL비트 “0”인 경우는 L레벨을, EHL비트 “１”인 경우는 H레벨을 검출합니다.(*a) 하기의 동작예는 EHL비트 “１”(H레벨 검출) 설정시의 동작 예입니다.
ERST비트 사용상 주의점
ERST비트에 관하여는 이하의 조건이 전제되어 동작함. ERST비트가 “１”이 된 것만으로는 카운터는 정지하지 않음(계속 카운트). 다만, ERST비트 설정에서는 자릿수 올림 정보는 클리어되지 않기 때문에, 초 레지스터 설정 후 1초안에 처리 요망. ERST동작은 다른 커맨드와 독립적으로 동작함. ERST비트가 씌여지면 이벤트 입력 발생시에 초 미만의 카운터에 리셋이 걸림 ERST비트 “１”이 씌여진 후, 이벤트 발생 전에 ERST “0”의 기입을 행하고 ERST기능을 무효화할 수 있음.
(*a)고정밀도 시각조정할 때 입력 채터링 제거는 하지 않고 신호검출하지만, 시계동작과 EVIN단자입력과의 동기를 내부 클럭으로 수행하기 위하여 최소 펄스폭 유지시간은 367us 이상 확보할 필요가 있습니다.
- ERST비트를 이용한 고정밀 시각 맞춤 설정 예 시각, 캘린더 설정 예입니다.【설정치 2014年4月18日[金] 15:30:00】
1PPS신호와 동기된 고정밀도 시각맞춤 설정
ERST 비트를 이용한 하드웨어에 의한 시각맞춤에 대하여 GPS모듈 등에 탑재되어 있는 1PPS신호(Puls per second_1Hz 출력신호)를 외부 이벤트로써 입력하는 것으로 GPS의 정확한 시각신호를 받아 고정밀도 시각맞춤을 수행하는 것도 가능합니다. 하기에 GPS모듈에서의 1PPS 신호와 시각 데이터 출력의 타이밍 차트의 일례를 표시합니다.
이 기능은 GPS모듈이 위성으로부터의 정보를 올바로 수신하지 못하는 환경하에서는 고정밀 시각 맞춤이 올바로 동작하지 않을 가능성이 있기 때문에 주의할 필요가 있습니다. 엡손에서는 여기가지 설명한 것처럼 리얼타임클럭 모듈 자신이 갖는 특성(=시계 정밀도)의 높이 이외에도 고객의 필요성을 실현하는 기능을 탑재한 제품을 제공하여 고성능의 시각동기시스템의 구성을 지원하고 있습니다.
또한 엡손 리얼타임클럭 모듈 모든 제품에 대하여 공장 출하시에 주파수 정밀도를 조정ㆍ보증하는 제품을 출하하기 때문에 사용시의 주파수 튜닝을 수행할 필요가 없는 고객의 설계효율화ㆍ품질향상에 공헌해 나가겠습니다.
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