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リアルタイムクロックモジュールによる⾼精度時刻合わせ
秒未満時刻調整機能搭載エプソン製リアルタイムクロックモジュールの解説【序⽂】
近年、電波時計の普及や ntp サーバーからの標準時刻データ取得など、極めて正確な時刻を簡単に参照できる社会的背景から、⾦融や交通管理、電⼒制御、防犯、スポーツなど、様々なアプリケーションで正確な時刻情報を参照可能な前提でシステム設計されるようになってきています。そのようなシステムではデータ⼊出⼒部として多くの端末装置が必須で、その端末装置も正確な時刻を保有していることが必要となります。そのようなニーズに応えるためエプソンでは⾼安定な周波数を発振する⽔晶素⼦を内蔵したリアルタイムクロックモジュールを提供しております。
その製品群の中でも精度の⾼い製品として DTCXO による温度補正機能を内蔵したリアルタイムクロックモジュール
RX-4803SA/LC、RA4803SA(シリアルインターフェース、以下 4803 系)と RX-8803SA/LC、RA8803SA(I2C インターフェース、以下 8803 系)があります。この製品は-40〜+85℃の温度範囲で周波数出⼒精度±3.4×10-6(⽉差 9 秒相当)を保持することが可能で、1 ⽇当たりの時計誤差に換算すると±0.3 秒以下に抑えることができます。
上記のように⾼い時計精度を持つ製品ですが、お客様の⽤途によっては 1 秒未満の細かな誤差を調整したいというニーズが存在します。そもそも時計機能 1 秒の⽣成には 32.768kHz の⽔晶振動⼦を源振としそれを分周することによって得られます
が、複数台の機器において同時にイベントを発⽣させるような⽤途の場合、各機器で時刻の合わせ込みを⾏うために、秒未満の誤差を調整する必要があります(図 1 参照)。そのニーズを実現するため、4803 系、8803 系の製品では秒未満誤差を調整できる機能を有しております。
多くのエプソン製リアルタイムクロックモジュールにはソフトウェアによる時刻合わせである RESET 機能が搭載されており、上記のような秒未満の誤差の調整を⾏うことができます。ただしソフトウェアによる時刻合わせでは、ソフト処理時間による時刻ずれも⽣じるため、より正確な時刻同期を要求するユーザーにとっては、その誤差も問題となります。そのため 4803系、8803 系ではハードウェアによる時刻合わせである ERST 機能も搭載しております。
そこで今回はエプソン製 DTCXO 内蔵リアルタイムクロックモジュール(4803 系、8803 系)に搭載されている、秒未満の時刻調整を⽀援するための機能(RESET 機能、ERST 機能)に関する説明と具体的な時刻合わせ例に関しタイミングチャートなどを使った動作内容を解説します。

RESET 機能* ERST 機能*

8:00:00.15

7:59:59.47

8:00:00.76

8:00:00.00

8:00:00.00

8:00:00.00

全システム 8:00:00.00 同時にイベント開始！
* 機能実施前に必ず外部から同期した時刻情報を⼊⼒した上で作業をおこなってください。

図1

セキュリティカメラシステムでの秒未満時刻調整イメージ図1

White paper【エプソン製リアルタイムクロックモジュールにおける⾼精度時刻合わせ(秒未満時刻調整)⽅法】
エプソン製リアルタイムクロックモジュール(4803 系、8803 系)では、下記に⽰す 2 種類の⽅法により秒未満の⾼精度な時刻合わせを設定することができます。
1.

RESET ビットを⽤いた時刻合わせ：ソフトウェアによる時刻合わせ⽅法

2.

ERST ビットを⽤いた時刻合わせ：ハードウェアによる時刻合わせ⽅法

以下にそれぞれの時刻合わせ⽅法に関する関連レジスタ、リセットの動作および設定例に関して詳しく解説します。
なお上記⽅法実施前には必ず外部から同期した時刻情報を⼊⼒した上で作業をおこなってください。

1. RESET ビットを⽤いた時刻合わせ例
RESET ビットを⽤いた時刻合わせはソフトウェアによる⼿法で、リアルタイムクロックモジュールのレジスタ操作によって時刻合わせを⾏うことができます。当⼿法は、4803 系、8803 系に限らず、エプソンのリアルタイムクロックモジュールの多くの製品で採⽤されています。
・関連レジスタ●4803 系（Bank1,2）
Address機 能bit 7bit 6bit 5bit 4bit 3bit 2bit 1bit 0F

Control Register

CSEL1

CSEL0

UIE

TIE

AIEEIERESETbit 7bit 6bit 5bit 4bit 3bit 2bit 1bit 0

CSEL1 CSEL0UIETIEAIE





RESET

●8803 系（Bank1,2）
Address機 能0F, 1F

Control Register

・RESET ビットと動作の説明(タイミングチャート例含む)
RESET ビットを”１”にすると計時回路の秒未満のカウンタがコマンド終了タイミングでリセットされます。特定の時刻から正確に計時動作を開始したい場合、時刻をセットした後にリセットを⾏うことによって、以後 1 秒毎に秒桁カウンタが更新される動作になります。
リセット及び桁上げ情報クリア

リセット保留状態

コマンド⼊⼒期間(CE＝” H” or S-P 間)
コマンド終了時にリセットがかかる
コマンド秒未満分周カウンタ(1/100 秒含む)

n+1n+2n+3n+4

sec

minhourweek

n+50+1+2

RESET+21+22+23+24+25+26+27+28+29

0+1+2+3+4+5+6秒レジスタ設定後、1 秒未満に RESET 実⾏を⾏ってください。
この時間が 1 秒以上あると秒カウンタは桁上げされます。
(RESET では桁上げ情報クリアを⾏わないため)

・RESETビット使⽤上の注意点
RESETビットに関しては以下の条件が前提で動作します。
RESETビットが”１”になっただけではカウンタは停⽌しません(継続カウント)。
RESET動作は他のコマンドと独⽴で動作します。RESETビットが書き込まれると、コマンド⼊⼒期間終了時に秒未満のカウンタにリセットがかかります。
ただし、RESETでは桁上げ情報クリアが⾏われないため、秒レジスタ設定後、1秒未満に処理してください。

2

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2. ERST ビットを⽤いた時刻合わせ例
ERST ビットを⽤いた時刻合わせはハードウェアによる⼿法で、事前にレジスタ設定を⾏った上でイベント信号を⼊⼒することにより時刻合わせを⾏うことができます。この⼿法では先に説明した RESET ビットを⽤いた時刻合わせと異なりソフト処理時間による時刻ずれは起こらないため、より正確な時刻同期を実現することができます。
・関連レジスタ●4803系（Bank3）
Address機能bit 7bit 6bit 5bit 4bit 3bit 2bit 1bit 0

F

Event Control

ECP

EHL

ET1ET0

ERST●8803系（Bank3）
Address機能bit 7bit 6bit 5bit 4bit 3bit 2bit 1bit 02F

Event Control

ECP

EHL

ET1ET0

ERST・ERST ビットと動作の説明(タイミングチャート例含む)
ERST ビットを”1”にすると計時回路の秒未満のカウンタが、EVIN 端⼦へ⼊⼒された外部イベントの検出に同期してリセットされます。特定の時刻から正確に計時動作を開始したい場合、時刻をセットした後に EVIN 端⼦にイベント⼊⼒を⾏うことによって、以後 1 秒毎に秒桁カウンタが更新される動作になります。EVIN 端⼦への信号⼊⼒によるイベント検出は、EHL ビット”0”の場合は、L レベルを、EHL ビット”1”の場合は H レベルを検出します(*a)。
下記の動作例は、EHL ビット”1”(H レベル検出)設定時の動作例です。
リセット及び桁上げ情報クリア

リセット保留状態

コマンド⼊⼒期間(CE＝” H” or S-P 間)

コマンドsecminhour

ERSTweek

H レベル信号入力

イベント発⽣時にリセットがかかる

EVIN 端⼦へのイベント信号⼊⼒
秒未満分周カウンタ(1/100 秒含む)

n+1n+2n+3n+4n+50+1+2+21+22+23+24+25+26+27+28+29+30+31+320+1+2+3秒レジスタ設定後、1 秒未満に ERST 実⾏を⾏ってください。
この時間が 1 秒以上あると秒カウンタは桁上げされます。
(ERST では桁上げ情報クリアを⾏わないため)・ERST ビット使⽤上の注意点
ERST ビットに関しては以下の条件が前提となり動作します。
ERST ビットが”1”になっただけではカウンタは停⽌しません(継続カウント)
ERST 動作は他のコマンドと独⽴で動作します。ERST ビットが書き込まれるとイベント⼊⼒発⽣時に秒未満のカウンタにリセットがかかります。
ただし、ERST では桁上げ情報クリアが⾏われないため、秒レジスタ設定後、1 秒未満に処理してください。
ERST ビット”1”書き込み後、イベント発⽣前に ERST”0”の書き込みを⾏うと ERST 機能を無効化できます。
(*a)⾼精度時刻合わせ時には⼊⼒チャタリング除去は⾏わずに信号検出しますが、計時動作と EVIN 端⼦⼊⼒との同期を内部クロックで⾏うため最⼩パルス幅維持時間は 367us 以上確保する必要があります。

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・ERST ビットを⽤いた⾼精度時刻合わせ設定例
時刻、カレンダの設定例です。【設定値 2014 年 4 ⽉ 18 ⽇[⾦] 15:30:00】

8803 系

4803 系

・SEC レジスタセット(桁上げ情報クリア)[互換レジスタ]Reg(00)h←(00)h Write[秒]・SEC レジスタセット(桁上げ情報クリア)[Bank1]
Reg(0)h←(00)h Write[秒]・秒未満カウンタリセットスタンバイ[Bank3]Reg(F)h←(41)h Write(ECP=0,EHL=1,ET1=0,ET0=0,ERST=1)

・年⽉⽇の設定[Bank1]
Reg(6)h←(14)hReg(5)h←(04)hReg(4)h←(18)h
・曜⽇の設定[Bank1]
Reg(3)h←(20)h・時分秒の設定[Bank1]
Reg(2)h←(15)hReg(1)h←(30)hReg(0)h←(00)h・秒未満カウンタリセットスタンバイ[拡張レジスタ②]
Reg(2F)h←(41)h Write(ECP=0,EHL=1,ET1=0,ET0=0,ERST=1)*1

・年⽉⽇の設定[互換レジスタ]Reg(06)h←(14)hReg(05)h←(04)hReg(04)h←(18)h

Write[年]Write[⽉]Write[⽇]Write[曜]・曜⽇の設定[互換レジスタ]Reg(03)h←(20)h

Write[曜]Write[時]Write[分]Write[秒]・時分秒の設定[互換レジスタ]Reg(02)h←(15)hReg(01)h←(30)hReg(00)h←(00)h

Write[時]Write[分]Write[秒]Write[年]Write[⽉]Write[⽇]

*2

*3

*4
設定確認 OK?

*3

設定確認 OK?

NOYES

YES
秒未満カウンタリセット実⾏
EVIN 端⼦を”L”→”H”にするとリセットがかかり、再計時を開始する

*2

*4

NO

*1

秒未満カウンタリセット実⾏
EVIN 端⼦を”L”→”H”にするとリセットがかかり、再計時を開始する*5*5*1） ERST ビット=”1”として秒以下のカウンタリセットスタンバイ状態にします。更に外部イベント⼊⼒待ち状態にします。
*2)、*3） データは BCD コード（Binary Coded Decimal）です。
*4) 書き込んだデータをリードし、所望のデータが書き込まれているかを確認します。
（省略可能）*5） EVIN 端⼦に所望の外部イベントが発⽣すると秒未満計時カウンタにリセットがかかります。
ET0、ET１ビットで指定される EVIN 端⼦⼊⼒のチャタリング除去設定によらず、即座に時計カウンタにリセットが掛かります。
（ ただし、内部素⼦遅延の影響で数⼗ ns 程度の遅延が⽣じます。）

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・1PPS 信号と同期させた⾼精度時刻合わせ設定
ERST ビットを⽤いたハードウェアによる時刻合わせにつきまして、GPS モジュール等に搭載されている 1PPS 信号(Pulsper second_1Hz 出⼒信号)を外部イベントとして⼊⼒することで、GPS の正確な時刻信号を受けて⾼精度時刻合わせを⾏うことも可能です。
下記に GPS モジュールからの 1PPS 信号と時刻データ出⼒のタイミングチャートの⼀例を⽰します。

GPS モジュールの 1PPS 信号と時刻データ出⼒のタイミング
1PPS(GPS より)

電圧（RTC の EVIN に⼊⼒）

EVIN 受付

EVIN 受付

時間電圧

時刻 t-1 のシリアルデータ

TD(GPS より)

時刻 t のシリアルデータ

t-1t

時刻 t+1 のシリアルデータ

時間t+1（調歩同期シリアル出⼒データ）

電圧

ｲﾍﾞﾝﾄ待ち状態

RTC 設定情報

ｲﾍﾞﾝﾄ待ち状態ｾｯﾄ

t に時刻ｾｯﾄ

電圧

RTC 計時情報（1/100 秒桁）

以降、RTC による⾃⾛計時

nn(00)t(00)

tt+1(00)

なおこの機能は、GPS モジュールが衛星からの情報を正しく受信できない環境下では、⾼精度時刻合わせが正しく⾏われない可能性がありますのでご注意願います。
エプソンではこれまで説明してきましたように、リアルタイムクロックモジュール⾃⾝の持つ性能(=時計精度)の⾼さの他にも、お客様のニーズを実現する機能を搭載した製品を提供し、⾼精度な時刻同期システムの構成を⽀援しております。またエプソン
製リアルタイムクロックモジュールすべての製品において、⼯場出荷時に周波数精度を調整・保証した上でお届けしております
ので、ご使⽤時に周波数チューニングを⾏なう必要が無くお客様の設計効率化・品質向上に貢献致します。

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