一种智能电表rtc校准方法
【专利摘要】本发明公开了智能电表领域的一种RTC校准方法，其通过给电表输入一个标准的时钟信号的方式，由电表主控制器通过测量、计算得到特定温度点RTC偏差，然后根据偏差计算RTC晶体温度影响的近似2次曲线系数顶点温度T0和顶点偏差S0，得到校准值。在智能电表的生产过程中实现了电表的RTC的温度校准，可以保证每个智能电表的RTC精度在工作温度范围内高于行业标准的要求。
【专利说明】一种智能电表RTC校准方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及智能电表领域的一种智能电表RTC校准方法。
【背景技术】
[0002] 在国内使用的智能电表都具有实时时钟，根据行业标准，要求其在工作温度范围 内精度满足小于1S/DAY(11. 5PPM)，在23°C时满足小于0. 5S/DAY(PPM)实际应用中还要考 虑到晶体的老化及校准误差等因素影响，RTC时钟误差在厂家校准应该至少做到8PPM以 下。
[0003] 目前智能电表的RTC校准一般有两种方式：1、采用外置带温度补偿的RTC，如 EPSON的RX8025T，其校准是由芯片厂家出厂前根据多温度点测试校准好的，电表厂家无需 校准；这种方式由于成本因素本应逐渐退出智能电表领域，但由于行业普遍应用的单温度 点校准方法不能保证每个电表的RTC精度都是合格的，所以仍占有较大市场份额。
[0004] 另一种是主控制器内置RTC，如复旦微的FM3308,其RTC的校准是只进行常温下单 点校准，二次曲线系数是根据32. 768KHZ晶体的批量数据预制的，每批电表都使用相同之 处的系数。
[0005] 32K晶体的温度曲线如下图1，接近二次曲线y = β (x-TQ) 2+SQ这种单温度 点校准相当于β和TO使用固定值，只校准SO。根据晶体厂家提供的参数，β -般为 0· 035±0· 0012ΡΡΜ，Τ0 为 23±2°C。
[0006] 根据二次曲线y = β (x-Tc^+S。，假如β为0. 035,和预制值一致，TO预置23与实 际值偏差2°C时，并且考虑到温度误差0. 5°C，在温度_25°C Y的偏差分别为8. 6PPM，在工作 温度-40和85°C时达到-11PPM.这几个偏差值还不包括晶体实际曲线与二次曲线的偏差 β及校准偏差以及晶体本身的老化影响。
[0007] 从上面数据可以看出采用单点校准方法一定会导致部分RTC在高低温下超差。
[0008] 另一个影响RTC运行中精度的重要因素是晶体自身的年老化率，按照晶体厂家提 供的数据，第一年晶体的最大老化率有±3ΡΡΜ，以后每年约±1ΡΡΜ，按照电表能够使用 10年的要求，由于晶体老化的影响，智能电表5年后就有可能不满足23°C时RTC误差小于 0. 5S/DAY的要求。而此年老化率的影响是正负都有可能，无法在生产校准中解决。
[0009] 为此，本发明提出一种新的校准方法，通过此方法在电表上使用，可以实现RTC在 全温度范围内都具有很好的精度，并且在10年的使用寿命内可以一直符合相关标准的要 求。
【发明内容】
[0010] 本发明是提出了一种新的智能电表RTC的校准方法，解决了困扰智能电表行业多 年的一个难题，即采用S0C方案的智能电表的RTC单温度点校准法中存在的无法保证每个 表的RTC精度都合格的问题，并且这种方法可以融入智能电表的正常生产工艺中，能够满 足大批量生产的要求（三温度点校准无法量产）；本发明还提出了智能电表RTC的温度补 偿方法，对RTC的三次项影响也进行补偿，保证RTC的全温度范围内的高精度。不仅如此， 本发明还提出了一种消除智能电表RTC部分的年老化影响的方法。
[0011] 一、通过实验数据，归纳出RTC的精度受频率影响曲线
[0012] 一组典型的实验数据见下表1
[0013]
【权利要求】
1. 一种RTC校准方法，其特征在于包括如下步骤： (1) 校准温度点的选择，综合考虑电表的一般生产工艺过程及温度点与β的关系，选 择特定校准温度点Τ1和Τ2 ; (2) 确定所选型号晶体的β值，选择五温度点测试RTC误差，得到4块电表的β值，将 β的平均值作为此型号晶体的固定系数，每块电表都采用此固定系数； (3) 确定所选型号晶体按二次曲线补偿后的频率温度特性实测值与二次曲线的偏差 Ε'，采用较二次曲线更高次项的曲线拟合该偏差Ε'，由该拟和曲线得到各温度点的曲线偏 差值Ε，该值为晶体按二次曲线校准后残存的偏差值，制作偏差值Ε与温度X或偏差值Ε与 晶体计时误差Υ的对应表格； (4) RTC的β值与各温度点的偏差值Ε通过通讯接口预置到电表中，每块电表在正常生 产中，都进行两温度点校准； (5) 每块电表在生产中，收到启动测量温度点RTC误差命令后，首先关闭RTC的温度补 偿功能，启动温度测量； (6) 根据温度测量值判断电表温度已经进入预定温度Τ1的允许范围内后，然后进行步 骤⑵； (7) 通过主控制器的计时单元测量外部输入的标准时钟，由计时单元测量计时时间Tj 得到晶体计时误差测量值Tb，记为Tbl、Tb2、Tb3 ; (8) 在每次计时的同时主控制器需要测量多个温度值，去掉最大值、最小值后取温度平 均值W，不同时刻Tbl、Tb2、Tb3分别对应平均值Wl、W2、W3,取中间一组对应值作为后面计 算用值，Tb记为Yl，W记为XI，并存储到存储器中； (9) 测量高温温度点T2的晶体计时误差及温度，与常温不同的是，判断电表温度已经 进入预定温度的允许范围内后，再连续判断3-5分钟，保证电表温度进入比较稳定状态； (10) 执行步骤（7)和（8)，得到高温点的一组值Y2'和X2，Y2'中包含高次项影响偏差 Ε，查表获得温度Χ2或晶体计时误差Υ2'对应的偏差值Ε2,去掉这个偏差值得到Υ2 ; (11) 由主控制器解方程计算得到TO、S0,其β为已知固定值 Υ1 = β (X1-T0)2+S0 Y2 = β (X2-T0)2+S0 (12) 根据得到的TO、SO及β，进行RTC校准，并启动温度补偿； (13) 根据对应表格确定不同温度X或晶体计时误差Y的偏差值E，计算得到该温度X 或晶体计时误差Y对应的S0补偿后的值SO'，SO' = S0+E ; (14) 具体分两类：若RTC为自动补偿将T0、S0, β数据写到补偿控制寄存器，RTC不支 持更高次项补偿，需要计算出高次项影响偏差值E，根据此值调整S0 ;若为非自动模式的， 则计算得到偏差值E作为补偿值写到补偿控制寄存器； (15) 由主控制器测量补偿结果，保证补偿后的RTC误差在1PPM以下； (16) 未达到预定补偿结果的在电表的LCD屏上显示异常代码，作为维修指示，补偿成 功的显示校准正常代码。
2. 如权利要求1所述的RTC校准方法，其特征在于校准温度点T1和T2分别为常温点 23度和高温点56度附近。
3. 如权利要求1所述的RTC校准方法，其特征在于电表在正常运行过程中还进行品体 老化校准，包括以下步骤：（17)RTC与系统时钟同步，智能电表在开始运行阶段，稳定运行 一段时间后，如果收到校时命令，则更新电表时钟，记录下校时时间作为时间间隔的起点， 此时时钟误差是0 ; (18)在时间间隔周期内，收到系统校时命令后，电表并不更新RTC内部 时间，而是计算出时间偏差值ASEC，并将RTC内部时间加上ASEC得到电表应用时间，此电 表应用时间作为智能电表时间，运行时间满足时间间隔周期后，记录下系统校时时间作为 时间间隔的结束点，并更新RTC内部时间与系统时钟同步，此结束点系统时间与RTC内部时 间差值即为时间误差差值；（19)统计每个时间间隔的时间误差差值，并记录下每个时间间 隔实际时间；（20)统计每个时间间隔内的平均温度；（21)每个时间间隔的RTC相对误差与 时间间隔内的平均温度对应存储起来；（22)逐个比较若干个时间间隔之后，平均温度接近 的RTC相对误差差值AS0,将AS0与设定门限比较，若两个时间间隔间的AS0超过设定 门限，根据RTC相对误差，计算出晶体频率变化数据；（21)修改S0将晶体老化值补偿过来； (22)重新进入开始步骤（17)。
4. 如权利要求1所述的RTC校准方法，其特征在于拟和曲线为三次拟合曲线： y = ax3+bx2+cx+d 采用五个温度点数据对a，b，c，d进行标定。
5. 如权利要求1所述的RTC校准方法，其特征在于拟和曲线为四次拟合曲线： y = hx4+ax3+bx2+cx+d 采用六个温度点数据对h，a，b，c，d进行标定。
6. 如权利要求1所述的RTC校准方法，其特征在于由管理主站读取每块电表的补偿系 数及校准后的RTC精度，并保存到数据库中，对故障表提示，由维修人员进行单独处理。
7. 如权利要求1所述的RTC校准方法，其特征在于晶体计时误差Y的单位为ppm。
8. 如权利要求1所述的RTC校准方法，其特征在于批量生产中不进行（1)、（2)、（3)步 骤。
9. 一种RTC校准方法，其特征在于包括如下步骤： (1) 校准温度点的选择，综合考虑电表的一般生产工艺过程及温度点与β的关系，选 择特定校准温度点T1 = 23°C和Τ2 = 76°C ; (2) 确定所选型号晶体的β值，选择五温度点测试RTC误差，得到4块电表的β值，将 β的平均值作为此型号晶体的固定系数，每块电表都采用此固定系数； (3) 确定所选型号晶体按二次曲线补偿后的频率温度特性实测值与二次曲线的偏差 Ε'，采用较二次曲线更高次项的曲线拟合该偏差Ε'，由该拟和曲线得到各温度点的曲线偏 差值Ε，该值为晶体按二次曲线校准后残存的偏差值，制作偏差值Ε与温度X或偏差值Ε与 晶体计时误差Υ的对应表格； (4) RTC的β值与各温度点的偏差值Ε通过通讯接口预置到电表中，每块电表在正常生 产中，都进行两温度点校准； (5) 每块电表在生产中，收到启动测量温度点RTC误差命令后，首先关闭RTC的温度补 偿功能，启动温度测量； (6) 根据温度测量值判断电表温度已经进入预定温度Τ1的允许范围内后，然后进行步 骤⑵； (7) 通过主控制器的计时单元测量外部输入的标准时钟，由计时单元测量计时时间Tj 得到晶体计时误差测量值Tb，记为Tbl、Tb2、Tb3 ; (8) 在每次计时的同时主控制器需要测量多个温度值，去掉最大值、最小值后取温度平 均值W，不同时刻Tbl、Tb2、Tb3分别对应平均值Wl、W2、W3,取中间一组对应值作为后面计 算用值，Tb记为Yl，W记为XI，并存储到存储器中； (9) 测量高温温度点T2的误差及温度，与常温不同的是，判断电表温度已经进入预定 温度的允许范围内后，再连续判断3-5分钟，保证电表温度进入比较稳定状态； (10) 执行步骤（7)和（8)，得到高温点的一组值Y2和X2 ; (11) 由主控制器解方程计算得到TO、S0,其β为已知固定值 Υ1 = β (X1-T0)2+S0 Y2 = β (X2-T0)2+S0 (12) 根据得到的TO、SO及β，进行RTC校准，并启动温度补偿； (13) 根据对应表格确定不同温度X或晶体计时误差Y的偏差值E，计算得到该温度X 或晶体计时误差Y对应的S0补偿后的值SO'，SO' = S0+E ; (14) 具体分两类：若RTC为自动补偿将TO、S0, β数据写到补偿控制寄存器，RTC不支 持更高次项补偿，需要计算出高次项影响偏差值E，根据此值调整S0 ;若为非自动模式的， 则计算得到偏差值E作为补偿值写到补偿控制寄存器； (15) 由主控制器测量补偿结果，保证补偿后的RTC误差在1PPM以下； (16) 未达到预定补偿结果的在电表的LCD屏上显示异常代码，作为维修指示，补偿成 功的显示校准正常代码。
10. -种RTC校准方法，其特征在于包括如下步骤： (1) 校准温度点的选择，综合考虑电表的一般生产工艺过程及温度点与β的关系，选 择特定校准温度点Τ1和Τ2 ; (2) 确定所选型号晶体的β值，选择五温度点测试RTC误差，得到4块电表的β值，将 β的平均值作为此型号晶体的固定系数，每块电表都采用此固定系数； (3) 确定所选型号晶体按二次曲线补偿后的频率温度特性实测值与二次曲线的偏差 Ε'，采用较二次曲线更高次项的曲线拟合该偏差Ε'，由该拟和曲线得到各温度点的曲线偏 差值Ε，该值为晶体按二次曲线校准后残存的偏差值，制作偏差值Ε与温度X或偏差值Ε与 晶体计时误差Υ的对应表格； (4) RTC的β值与各温度点的偏差值Ε通过通讯接口预置到电表中，每块电表在正常生 产中，都进行两温度点校准； (5) 每块电表在生产中，收到启动测量温度点RTC误差命令后，首先关闭RTC的温度补 偿功能，启动温度测量； (6) 根据温度测量值判断电表温度已经进入预定温度Τ1的允许范围内后，然后进行步 骤⑵； (7) 通过主控制器的计时单元测量外部输入的标准时钟，由计时单元测量计时时间Tj 得到晶体计时误差测量值Tb，记为Tbl、Tb2、Tb3 ; (8) 在每次计时的同时主控制器需要测量多个温度值，去掉最大值、最小值后取温度平 均值W，不同时刻Tbl、Tb2、Tb3分别对应平均值Wl、W2、W3,取中间一组对应值作为后面计 算用值，Tb记为Yl，W记为XI，并存储到存储器中； (9) 测量高温温度点T2的误差及温度，与常温不同的是，判断电表温度已经进入预定 温度的允许范围内后，再连续判断3-5分钟，保证电表温度进入比较稳定状态； (10) 执行步骤（7)和（8)，得到高温点的一组值Υ2'和Χ2，Υ2'中包含高次项影响偏差 Ε，查表获得温度Χ2或晶体计时误差Υ2'对应的偏差值Ε2,去掉这个偏差值得到Υ2 ; (11) 由主控制器解方程计算得到TO、S0,其β为已知固定值 Υ1 = β (X1-T0)2+S0 Y2 = β (X2-T0)2+S0 (12) 根据得到的TO、SO及β，进行RTC校准，并启动温度补偿； (13) 根据对应表格确定不同温度X或晶体计时误差Y的偏差值E，计算Y+E = β (X' -T0)2+S0,采用X-X'的值作为补偿值补偿T0,得到该温度X或晶体计时误差Y对应 的T0补偿后的值T0'，TO' = T0+ (X-X'），建立T0补偿值与温度T或T0补偿值与晶体计时 误差Y的表格； (14) 采用根据温度X或晶体计时误差Y查表获得T0补偿值，采用T0'替换T0实现RTC 校准； (15) 由主控制器测量补偿结果，保证补偿后的RTC误差在1PPM以下； (16) 未达到预定补偿结果的在电表的LCD屏上显示异常代码，作为维修指示，补偿成 功的显示校准正常代码。
11. 一种RTC校准方法，其特征在于包括如下步骤： (1) 校准温度点的选择，综合考虑电表的一般生产工艺过程及温度点与β的关系，选 择特定校准温度点T1 = 23°C和Τ2 = 76°C ; (2) 确定所选型号晶体的β值，选择五温度点测试RTC误差，得到4块电表的β值，将 β的平均值作为此型号晶体的固定系数，每块电表都采用此固定系数； (3) 确定所选型号晶体按二次曲线补偿后的频率温度特性实测值与二次曲线的偏差 Ε'，采用较二次曲线更高次项的曲线拟合该偏差Ε'，由该拟和曲线得到各温度点的曲线偏 差值Ε，该值为晶体按二次曲线校准后残存的偏差值，制作偏差值Ε与温度X或偏差值Ε与 晶体计时误差Υ的对应表格； (4) RTC的β值与各温度点的偏差值Ε通过通讯接口预置到电表中，每块电表在正常生 产中，都进行两温度点校准； (5) 每块电表在生产中，收到启动测量温度点RTC误差命令后，首先关闭RTC的温度补 偿功能，启动温度测量； (6) 根据温度测量值判断电表温度已经进入预定温度Τ1的允许范围内后，然后进行步 骤⑵； (7) 通过主控制器的计时单元测量外部输入的标准时钟，由计时单元测量计时时间Tj 得到晶体计时误差测量值Tb，记为Tbl、Tb2、Tb3 ; (8) 在每次计时的同时主控制器需要测量多个温度值，去掉最大值、最小值后取温度平 均值W，不同时刻Tbl、Tb2、Tb3分别对应平均值Wl、W2、W3,取中间一组对应值作为后面计 算用值，Tb记为Yl，W记为XI，并存储到存储器中； (9) 测量高温温度点T2的误差及温度，与常温不同的是，判断电表温度已经进入预定 温度的允许范围内后，再连续判断3-5分钟，保证电表温度进入比较稳定状态； (10) 执行步骤（7)和（8)，得到高温点的一组值Y2和X2 ; (11) 由主控制器解方程计算得到TO、S0,其β为已知固定值 Υ1 = β (X1-T0)2+S0 Y2 = β (X2-T0)2+S0 (12) 根据得到的TO、SO及β，进行RTC校准，并启动温度补偿； (13) 根据对应表格确定不同温度X或晶体计时误差Y的偏差值E，计算Y+E = β (X' -T0)2+S0,采用X-X'的值作为补偿值补偿T0,得到该温度X或晶体计时误差Y对应 的T0补偿后的值T0'，TO' = T0+ (X-X'），建立T0补偿值与温度T或T0补偿值与晶体计时 误差Y的表格； (14) 采用根据温度X或晶体计时误差Y查表获得T0补偿值，采用T0'替换T0实现RTC 校准； (15) 由主控制器测量补偿结果，保证补偿后的RTC误差在1PPM以下； (16) 未达到预定补偿结果的在电表的LCD屏上显示异常代码，作为维修指示，补偿成 功的显示校准正常代码。
【文档编号】G01R35/04GK104297716SQ201410514520
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年9月29日 优先权日:2014年9月29日
【发明者】闫书芳, 张晓东, 陈文藻, 顾舜孝, 华号, 曹晓峰, 陶英浩 申请人:江阴长仪集团有限公司