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KR101942719B1 - 리얼 타임 클럭 장치 - Google Patents

리얼 타임 클럭 장치 Download PDF

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KR101942719B1
KR101942719B1 KR1020120089078A KR20120089078A KR101942719B1 KR 101942719 B1 KR101942719 B1 KR 101942719B1 KR 1020120089078 A KR1020120089078 A KR 1020120089078A KR 20120089078 A KR20120089078 A KR 20120089078A KR 101942719 B1 KR101942719 B1 KR 101942719B1
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South Korea
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crystal oscillator
clock
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clocks
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삼성전기 주식회사
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Abstract

본 발명은 외부 온도의 변화에 따라 발생하는 수정발진기의 클럭신호의 주파수 변화를 보상하여 정확한 시간을 측정할 수 있는 리얼 타임 클럭 장치에 관한 것이다. 본 발명의 리얼 타임 클럭 장치는 온도를 측정하는 온도센서, 수정발진기 클럭신호를 카운팅하여 생성된 카운트값에 따라 시간정보를 생성하는 리얼 타임 클럭(RTC), 온도변화에 따른 상기 수정발진기 클럭신호의 온도별 주파수 변화값인 주파수 오차정보를 저장하는 메모리부 및 상기 온도센서로부터 측정된 온도에 대응하는 주파수 오차정보에 따라 상기 카운트값을 보정하는 카운트 보상부를 포함할 수 있다.

Description

리얼 타임 클럭 장치{Real Time Clock Apparatus}
본 발명은 외부 온도의 변화에 따라 발생하는 수정발진기의 클럭신호의 주파수 변화를 보상하여 정확한 시간을 측정할 수 있는 리얼 타임 클럭 장치에 관한 것이다.
컴퓨터, 전자식 전력량계 등과 같이 실시간으로 시간정보를 필요로 하는 전자기기에 있어서 정확한 시간을 표시하는 것은 필수적이다. 이런 전자기기들은 내부에 리얼 타임 클럭(RTC : Real Time Clock)을 내장하고 있으며 이 리얼 타임 클럭은 외부의 수정발진기로부터 공급되는 클럭신호를 카운팅하여 시간정보를 제공할 수 있다. 하지만 이 수정발진기는 온도에 민감하여 온도변화에 따라 클럭신호의 주파수가 변하는 특성을 가지고 있다. 이런 이유로 상온이 아닌 추운 지역이나 또는 더운 지역에서는 온도에 따라 시간 오차가 발생하게 된다.
상기와 같은 시간 오차는 시간대별로 과금을 필요로 하는 전자식 전력량계와 같은 전자기기에서는 잘못된 과금 계산과 같은 심각한 결과를 초래할 수 있다. 이런 부분을 해결하기 위해 외부온도에 대해서도 주파수 변화가 발생하지 않는 온도보상용 수정발진기(TCXO)를 이용하기도 하지만 수정발진기에 비해 가격이 비싼 단점이 있다. 따라서, 온도보상용 수정발진기(TCXO)를 이용함 없이 주변 온도 변화에 따른 수정발진기로부터 출력되는 주파수 변화를 보상하여 정확한 시간을 측정할 필요가 있다.
하기의 선행기술문헌 중 특허문헌 1은 RTC 주파수 보상회로를 갖는 이동 통신 단말기에 관한 발명으로서, 온도에 따라 오차 발생여부를 판단하는 것이 아닌, 고주파로 저주파의 클럭신호를 카운팅하여 발생한 카운트값의 차이를 이용해 오차 발생여부를 판단하는 것으로서 본 발명과 차이가 있다.
대한민국 공개특허공보 10-2007-0071671
본 발명과 과제는 전술한 종래 기술의 문제점을 보완하기 위한 것으로, 온도보상용 수정발진기(TCXO)를 이용함 없이, 외부 온도의 변화에 따른 수정발진기의 클럭신호의 주파수 변화를 기 저장된 주파수 오차정보를 이용하여 보상함으로써 정확한 시간을 측정할 수 있는 리얼 타임 클럭 장치에 관한 것이다.
본 발명의 제1 기술적인 측면에 따르면, 온도를 측정하는 온도센서, 수정발진기 클럭신호를 카운팅하여 생성된 카운트값에 따라 시간정보를 생성하는 리얼 타임 클럭(RTC), 온도변화에 따른 상기 수정발진기 클럭신호의 온도별 주파수 변화값인 주파수 오차정보를 저장하는 메모리부 및 상기 온도센서로부터 측정된 온도에 대응하는 주파수 오차정보에 따라 상기 카운트값을 보정하는 카운트 보상부 를 포함하는 리얼 타임 클럭 장치를 제안한다.
또한, 상기 리얼 타임 클럭(RTC)는, 상기 수정발진기 클럭신호를 카운팅하여 생성된 카운트값이 기 설정된 설정값과 일치하는 경우 기 설정된 단위시간을 산출한 후, 상기 카운트값을 리셋하는 카운트 레지스터 및 상기 카운트 레지스터로부터 상기 단위시간을 전달받아 시간정보를 생성하는 시간 연산부; 를 포함하는 리얼 타임 클럭 장치를 제안한다.
또한, 상기 카운트 보상부는, 상기 외부 온도에 대응하는 주파수 오차정보와 기 설정된 자연수 N의 곱셈 연산의 결과값 중 정수부분만을 취하여 보상클럭의 수를 산출하고, 상기 단위시간을 산출하는 복수의 수정발진기 클럭을 하나의 그룹으로 하는 경우, 상기 N개의 그룹 중 M번째의 그룹에 포함되는 복수의 수정발진기 클럭에 상기 보상클럭의 수를 더하는 리얼 타임 클럭 장치를 제안한다.
또한, 상기 카운트 보상부는, 상기 N개의 그룹 중 마지막 그룹에 포함되는 복수의 수정발진기 클럭에 상기 보상클럭의 수를 더하는 리얼 타임 클럭 장치를 제안한다.
또한, 상기 카운트 보상부는, 상기 M번 째의 그룹에 포함되는 복수의 수정발진기 클럭 중 동일한 카운트 값을 가지는 클럭을 기산점으로 하여, 상기 보상클럭의 수를 더하는 리얼 타임 클럭 장치를 제안한다.
또한, 상기 카운트 보상부는, 상기 동일한 카운트 값을 가지는 클럭의 시작시점을 기산점으로 하여, 상기 보상클럭의 수를 더하는 리얼 타임 클럭 장치를 제안한다.
또한, 상기 카운트 보상부는, 시스템 클럭신호를 이용하여 상기 시작시점을 판단하는 리얼 타임 클럭 장치를 제안한다.
또한, 상기 상기 카운트 보상부는, 상기 시스템 클럭신호를 이용하여 상기 수정발진기 클럭의 카운트값이 변경되는 시점을 판단하여, 상기 시작시점을 판단하는 리얼 타임 클럭 장치를 제안한다.
또한, 상기 리얼 타임 클럭으로부터 전달받은 시간정보를 출력하는 디스플레이부를 더 포함하는 리얼 타임 클럭 장치를 제안한다.
본 발명에 따르면, 외부 온도의 변화에 따라 발생하는 수정발진기의 클럭신호의 주파수 변화를 보상하여 정확한 시간을 측정할 수 있다.
또한, 온도보상용 수정발진기(TCXO)를 이용함 없이 정확한 시간을 측정할 수 있으므로 비용을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리얼 타임 클럭 장치를 나타낸 블록도이다.
도 2는 온도의 변화에 따른 수정발진기 클럭신호의 주파수 변화를 나타낸 그래프이다.
도 3는 시스템 클럭신호를 이용하여 수정발진기 클럭신호 중 어느 하나의 클럭의 시작시점을 판단하는 방법을 설명하기 위해 제공되는 도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 리얼 타임 클럭 장치(10)를 나타낸 블록도이다. 도 1을 참조하면 본 발명의 리얼 타임 클럭 장치(10)는 외부 온도를 측정하는 온도센서(100), 리얼 타임 클럭(200), 메모리부(300), 카운트 보상부(400) 및 리얼 타임 클럭(200)에서 생성된 시간정보를 출력하는 디스플레이부(500)를 포함할 수 있다.
리얼 타임 클럭(200)은 수정발진기 클럭신호를 카운팅하여 생성된 카운트값에 따라 시간정보를 생성할 수 있다. 통상적으로 수정발진기는 32768Hz의 기준주파수를 가지는 수정발진기 클럭신호를 생성하며, 리얼 타임 클럭(200)은 이를 카운팅하여 단위시간 1초를 산출하고, 단위시간 1초를 순차적으로 더하여 시간정보를 생성할 수 있다. 다만, 수정발진기 클럭신호의 기준주파수, 리얼 타임 클럭(200)에서 산출되는 단위시간, 단위시간을 산출하기 위한 카운트값은 사용자의 설정에 의해 변경될 수 있는 것으로 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
구체적으로 리얼 타임 클럭(200)은 수정발진기 클럭신호를 카운팅하여 생성된 카운트값이 기 설정된 설정값과 일치하는 경우, 기 설정된 단위시간을 산출한 후, 상기 카운트값을 리셋하는 카운트 레지스터(210)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 카운트 레지스터(210)는 수정발진기로부터 출력되는 수정발진기 클럭신호의 기준주파수가 32768Hz이고, 리얼 타임 클럭(200)에서 산출되는 기 설정된 단위시간이 1초이며, 단위시간을 산출하기 위한 카운트값이 0부터 32767까지인 경우에, 리얼 타임 클럭(200)은 0 부터 32767까지 카운팅한 후에 1초를 산출하고, 다시 수정발진기 클럭신호를 0 부터 32767까지 카운팅할 수 있다.
또한, 리얼 타임 클럭(200)은 상기 카운트 레지시터로부터 상기 단위시간을 전달받아 시간정보를 생성하는 시간 연산부(220)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 시간 연산부(220)는 상기 카운트 레지스터(210)로부터 전달받은 단위시간을 순차적으로 더하여 시간정보를 생성할 수 있다.
도 2는 온도의 변화에 따른 수정발진기 클럭신호의 주파수 변화를 나타낸 그래프이다. 도 2는 온도 변화에 따라서, 통상적으로 사용되는 32768Hz의 기준주파수를 가지는 수정발진기 클럭신호의 주파수가 온도 변화에 따라 변화하는 모습을 나타낸 그래프이다.
도 2를 살펴보면, 수정발진기 클럭신호는 25℃에서 32768Hz의 기준주파수를 가지나, 이 외의 온도에서는 32768Hz 미만의 주파수를 갖는 것을 알 수 있다. 따라서, 리얼 타임 클럭(200)에서 산출되는 기 설정된 단위시간이 1초이며, 단위시간을 산출하기 위한 카운트값이 0부터 32767까지인 경우에, 25℃에서는 수정발진기 클럭신호는 32768Hz의 기준주파수를 가지므로, 리얼 타임 클럭(200)은 이를 카운팅하여 정확한 1초를 산출할 수 있다. 다만, 25℃ 이외의 온도에서는 32768Hz 미만의 주파수를 가지므로 32768개의 클럭을 카운팅하는 경우에 1초 이상의 시간의 시간이 걸릴 수 있다.
예를 들어, -10℃에서 수정발진기 클럭신호의 주파수는 32766.4124Hz이므로 32768개의 클럭을 카운팅 하기 위해서는 32768/32766.4124에 해당하는 약 1.00004845초가 걸리는 것을 알 수 있다. 즉, 25℃와 -10℃에서 32768개의 클럭을 카운팅하는 경우, -10℃에서의 시간이 25℃의 시간보다 48.45us의 시간이 더 소요된다. 다시 말하면, 1초당 약 48.45us에 해당하는 오차가 발생할 수 있고, 4초에는 약 193.8us, 하루에는 약 4.19s의 오차가 발생할 수 있다.
다시, 도 1을 참조하면, 메모리부(300)는 수정발진기 클럭신호의 온도에 따른 주파수 오차정보를 저장할 수 있다. 구체적으로 메모리부(300)는 수정발진기 클럭신호의 기준주파수와 온도에 따른 수정발진기 클럭신호의 주파수의 차이값 정보인 주파수 오차정보를 저장할 수 있다.
예를 들어, 다시 도 2를 참조하면, 32768Hz의 기준주파수를 갖는 수정발진기 클럭신호는 -10℃에서 약 32766.4124Hz의 주파수를 가지므로 -10℃ 경우에, 메모리부(300)는 -10℃에서 1.5876Hz(=32768Hz-32766.4124)에 해당하는 오차정보를 저장할 수 있다.
도 1을 참조하면, 카운트 보상부(400)는 온도센서(100)로부터 측정된 외부 온도 및 메모리부(300)에 저장된 주파수 오차정보에 따라 상기 카운트값을 보정할 수 있다.
구체적으로 카운트 보상부(400)는, 온도센서(100)로부터 측정된 리얼 타임 클럭 장치(10)의 외부 온도를 전달받고, 메모리부(300)에 저장된 주파수 오차정보를 전달받아서, 외부 온도에 대응하는 주파수 오차정보를 획득할 수 있다.
이 후, 카운트 보상부(400)는 상기 외부 온도에 대응하는 주파수 오차정보와 기 설정된 자연수 N의 곱셈 연산의 결과값 중 정수부분만을 취하여 보상클럭의 수를 산출할 수 있다. 예를 들어, 기 설정된 자연수가 4인 경우, -10℃에서의 주파수 오차정보인 1.5876와 4를 곱셈 연산하여 6.3504를 산출하고, 6.3504에서 정수부분에 해당하는 6을 취하여 이를 보상클럭의 수로 할 수 있다..
카운트 보상부(400)는 보상클럭의 개수를 산출한 후에 단위시간을 산출하는 복수의 수정발진기 클럭을 하나의 그룹으로 하는 경우, 상기 N개의 그룹 중 M번 째의 그룹에 포함되는 복수의 수정발진기 클럭에 상기 보상클럭의 수를 더할 수 있다(N≥M).
이 때, 전술한 예시와 마찬가지로, 32768Hz의 기준주파수를 가지는 수정발진기 클럭신호 및 32768개의 클럭을 카운팅하여 1초의 단위시간을 산출하는 리얼 타임 클럭(200)의 경우에 N이 4이고 M이 3이라면, 32768개의 수정발진기 클럭을 하나의 그룹으로 하여, 상기 그룹의 4개의 그룹 중 3번째 그룹에 포함되는 32768개의 수정발진기 클럭에 보상클럭인 6개의 클럭 수를 더함으로써 시간 오차를 보상할 수 있다.
또한, 카운트 보상부(400)는 제1 N개의 그룹 중 M번 째 그룹에 포함되는 수정발진기 클럭에 보상을 한 후, 순차적으로 제2 N개의 그룹 내지 제X N개의 그룹의 M번 째 그룹에 포함되는 수정발진기 클럭에 보상클럭 수를 반복적으로 더해 줌으로써 주파수에 의한 시간 오차의 보상이 가능하다(X는 임의의 자연수).
구체적으로, 보상클럭인 6개의 클럭에 해당하는 시간은 6개의 클럭을 -10℃의 수정발진기 클럭신호의 주파수인 32766.4124로 나누어 구할 수 있고, 이는 약 183.114us에 해당하므로, 결과적으로 183.114us가 보상될 수 있다.
즉, 이는 보상 전 4초당 193.8us에 해당하는 오차를 보상 후에 10.686us(=193.8us-183.114us)로 줄일 수 있는 것으로,
하루에는 약 0.23s의 오차가 발생함을 알 수 있다. 이는 보상 전의 하루의 오차에 해당하는 4.19s와 비교하여 볼 때, 3.96s(=4.19s-0.23s)의 오차를 보상하였음을 알 수 있다.
또한, 카운트 보상부(400)는 상기 N개의 그룹 중 마지막 그룹에 속하는 복수의 수정발진기 클럭에 상기 보상클럭의 수를 더할 수 있다.
예를 들면, 전술한 예시와 마찬가지로, 32768Hz의 기준주파수를 가지는 수정발진기 클럭신호 및 32768개의 클럭을 카운팅하여 1초의 단위시간을 산출하는 리얼 타임 클럭(200)의 경우에 기 설정된 자연수 N이 4라면, 제1 그룹 내지 제3 그룹에 각각 포함되는 32768개의 클럭에서는 보상을 하지 않고, 마지막 제4 그룹에서 주파수 오차를 보상할 수 있다.
카운트 보상부(400)는 보상클럭의 수를 수정발진기 클럭신호의 카운트값에 더하기 위한 기산점을 설정할 수 있다. 카운트 보상부(400)는 수정발진기 클럭 중 동일한 카운트 값을 가지는 클럭을 기산점으로 할 수 있으며, 이 때, 복수의 수정발진기 클럭 중 어느 하나의 클럭의 시작시점을 기산점으로 할 수 있다.
이 경우에 있어서, 복수의 수정발진기 클럭 중 어느 하나의 클럭의 시작시점의 판단은 시스템 클럭신호를 이용할 수 있으며, 구체적으로 수정발진기 클럭신호보다 높은 주파수를 가지는 시스템 클럭신호를 이용하여 수정발진기 클럭의 카운트값이 변경되는 시점을 검출하여 이루어 질 수 있다.
도 3는 시스템 클럭신호를 이용하여 수정발진기 클럭신호 중 어느 하나의 클럭의 시작시점을 판단하는 방법을 설명하기 위해 제공되는 도이다. 도 4를 참조하면, 10MHz의 주파수를 가지고 있는 시스템 클럭신호와 32768Hz를 갖는 수정발진기 클럭신호가 도시되어 있다.
시스템 클럭신호의 주파수가 수정발진기 클럭신호의 주파수 보다 높기 때문에 시스템 클럭신호을 이용해 수정발진기 클럭의 카운트값을 읽는 경우, 하나의 수정발진기 클럭의 어느 시점에서 수정발진기 클럭의 카운트값을 읽을지 알 수 없다. 따라서, 보상클럭의 수를 카운트값에 더할 경우에 기산점을 정하지 않으면, 서로 다른 그룹의 같은 카운트값에서 보상클럭의 수를 더한다고 하더라도 오차가 발생할 수 있다.
일 예로 동일한 카운트값을 가지는 수정발진기 클럭의 경우라도, 수정발진기 클럭의 시작시점에서 카운트값을 읽는 경우와 마지막 시점에서 카운트값을 읽는 경우는 거의 한 클럭의 오차가 발생하게 된다. 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 보상클럭의 수를 더할 때, 제1 N개의 그룹 중 M번째 그룹에 포함되는 특정 카운트값(①의 시점)에서 더하는 경우와 제2 N개의 그룹 중 M번째 그룹에 포함되는 특정 카운트값(⑥의 시점)에서 더하는 경우는 같은 카운트값을 가지는 가지나 오차가 발생할 수 있다.
따라서, 카운트값이 변경되는 ⑦의 시점에서 보상클럭의 수를 더하면 오차를 보다 더 줄일 수 있다.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
100 : 온도센서
200 : 리얼 타임 클럭
210 : 카운트 레지스터
220 : 시간 연산부
300 : 메모리부
400 : 카운트 보상부
500 : 디스플레이부

Claims (9)

  1. 온도를 측정하는 온도센서;
    수정발진기 클럭신호를 카운팅하여 생성된 카운트값에 따라 시간정보를 생성하는 리얼 타임 클럭(RTC);
    온도변화에 따른 상기 수정발진기 클럭신호의 온도별 주파수 변화값인 주파수 오차정보를 저장하는 메모리부; 및
    상기 온도센서로부터 측정된 온도에 대응하는 주파수 오차정보에 따라 상기 카운트값을 보정하는 카운트 보상부; 를 포함하고,
    상기 카운트 보상부는,
    상기 측정된 온도에 대응하는 주파수 오차정보와 기 설정된 자연수 N의 곱셈 연산의 결과값 중 정수부분만을 취하여 보상클럭의 수를 산출하고,
    단위시간을 산출하는 복수의 수정발진기 클럭을 하나의 그룹으로 하는 경우, 상기 N개의 그룹 중 M번 째의 그룹에 포함되는 복수의 수정발진기 클럭 중 동일한 카운트 값을 가지는 클럭의 시작시점을 기산점으로 하여, 상기 M번 째의 그룹에 포함되는 복수의 수정발진기 클럭에 상기 보상클럭의 수를 더하고,
    상기 시작시점은 시스템 클럭신호를 이용하여 판단되는 리얼 타임 클럭 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 리얼 타임 클럭(RTC)는,
    상기 수정발진기 클럭신호를 카운팅하여 생성된 카운트값이 기 설정된 설정값과 일치하는 경우 기 설정된 단위시간을 산출한 후, 상기 카운트값을 리셋하는 카운트 레지스터; 및
    상기 카운트 레지스터로부터 단위시간을 전달받아 시간정보를 생성하는 시간 연산부; 를 포함하는 리얼 타임 클럭 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 카운트 보상부는,
    상기 N개의 그룹 중 마지막 그룹에 포함되는 복수의 수정발진기 클럭에 상기 보상클럭의 수를 더하는 리얼 타임 클럭 장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서, 상기 상기 카운트 보상부는,
    상기 시스템 클럭신호를 이용하여 상기 수정발진기 클럭의 카운트값이 변경되는 시점을 판단하여, 상기 시작시점을 판단하는 리얼 타임 클럭 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 리얼 타임 클럭으로부터 전달받은 시간정보를 출력하는 디스플레이부; 를 더 포함하는 리얼 타임 클럭 장치.
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