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Une horloge temps réel ( RTC ) est un dispositif électronique de mesure du temps , le plus souvent sous la forme d'un circuit intégré (CI). Bien que le terme désigne fréquemment les dispositifs présents dans les ordinateurs personnels , les serveurs et les systèmes embarqués , les RTC sont présentes dans presque tous les appareils électroniques nécessitant une heure précise .
les horloges matérielles classiques , qui ne sont que des signaux de contrôle des circuits électroniques numériques et ne mesurent pas le temps en unités humaines. Il ne faut pas confondre l'horloge temps réel avec l'informatique temps réel , qui partage le même acronyme mais n'est pas directement liée à l'heure.But
Bien que la mesure du temps puisse être effectuée sans RTC, l'utilisation d'une telle machine présente des avantages :
- Maintient et fournit l'heure actuelle de manière fiable même en cas de perturbations du système telles que des blocages , une mise en veille , des redémarrages ou, si l'alimentation de secours est suffisante, un arrêt complet et un réassemblage du matériel, sans qu'il soit nécessaire de régler à nouveau l'heure.
- Faible consommation d'énergie (important lors du fonctionnement sur une source d'alimentation alternative)
- Libère le système principal pour les tâches urgentes
- Parfois plus précis que d'autres méthodes
Un récepteur GPS peut réduire son temps de démarrage en comparant l'heure actuelle, selon son horloge temps réel (RTC), avec l'heure à laquelle il a reçu le dernier signal valide. Si la dernière réception remonte à moins de quelques heures, l' éphéméride précédente reste utilisable.
Certaines cartes mères sont fabriquées sans horloge temps réel (RTC). L'absence de RTC peut être motivée par un souci d'économie ou de réduction des risques de panne matérielle.
Source d'alimentation
Les horloges temps réel (RTC) disposent souvent d'une source d'alimentation de secours, leur permettant de continuer à fonctionner même lorsque l'alimentation principale est coupée ou indisponible. Dans les systèmes plus anciens, cette source d'alimentation de secours est généralement une batterie au lithium , tandis que dans les systèmes plus récents on utilise un supercondensateur [ , car il est rechargeable et soudable . Cette source d'alimentation de secours peut également alimenter une mémoire RAM protégée par batterie .
Timing
La plupart des horloges temps réel (RTC) utilisent un oscillateur à quartz [ , mais certaines offrent la possibilité d'utiliser la fréquence du réseau électrique . La fréquence du quartz est généralement de 32,768 kHz la même que celle utilisée dans les horloges et montres à quartz . Avec une fréquence de 2¹⁵ cycles par seconde, cette valeur est idéale pour les circuits de compteurs binaires simples. La basse fréquence permet de réduire la consommation d'énergie tout en restant inaudible pour l'oreille humaine . Le diapason du quartz de ces horloges ne varie que très peu en fonction de la température, ce qui explique la faible incidence de la température sur sa fréquence.
Certaines horloges temps réel (RTC) utilisent un résonateur micromécanique intégré à leur puce de silicium. Cela permet de réduire la taille et le coût de la RTC en diminuant le nombre de composants. Les résonateurs micromécaniques étant beaucoup plus sensibles à la température que les résonateurs à quartz, ces horloges compensent les variations de température grâce à un thermomètre électronique et une logique électronique.
Les spécifications de précision typiques des horloges temps réel (RTC) à cristal sont de ±100 à ±20 parties par million (8,6 à 1,7 secondes par jour), mais des circuits intégrés RTC compensés en température sont disponibles avec une précision inférieure à 5 parties par million. En pratique, cette précision est suffisante pour la navigation astronomique , tâche classique d'un chronomètre . En 2011, les horloges atomiques sur puce sont apparues. Bien que beaucoup plus coûteuses et énergivores (120 mW contre <1 μW), elles assurent une précision de 50 parties par billion ( De nombreux fabricants de circuits intégrés produisent des horloges temps réel (RTC), notamment Epson , Intersil , IDT , Maxim , NXP Semiconductors , Texas Instruments , STMicroelectronics et Ricoh . L'horloge temps réel DS1307 de Maxim Integrated est couramment utilisée dans les ordinateurs monocartes . L'horloge temps réel (RTC) a été introduite sur les PC compatibles par l' IBM PC/AT en 1984, qui utilisait une RTC Motorola MC146818. Par la suite, Dallas Semiconductor a fabriqué des RTC compatibles, souvent utilisées dans les anciens ordinateurs personnels et facilement identifiables sur les cartes mères grâce à leur capuchon de pile noir caractéristique et leur logo sérigraphié . Une interface CMOS standard est disponible pour la RTC du PC. Dans les systèmes informatiques plus récents, l'horloge temps réel (RTC) est intégrée à la puce du pont sud . Certains microcontrôleurs intègrent une horloge temps réel, généralement seulement ceux qui possèdent de nombreuses autres fonctionnalités et périphériques . Certains ordinateurs modernes reçoivent des informations d'horloge par radio numérique et les utilisent pour promouvoir les normes temporelles. Deux méthodes sont courantes : la plupart des protocoles de téléphonie mobile (par exemple, LTE ) fournissent directement l'heure locale. Si une radio Internet est disponible, un ordinateur peut utiliser le protocole de temps réseau (NTTP ). Les ordinateurs utilisés comme serveurs de temps locaux utilisent parfois le GPS ou des transmissions radio à très basse fréquence diffusées par un organisme national de normalisation (c'est-à-dire une horloge radio ).
RTC à base de radio
RTC logicielles
Lorsque la variable de temps dépasse une constante, généralement une puissance de deux, le temps nominal calculé (par exemple, pour 1/50 de seconde) est soustrait du temps réel , et le logiciel de la chaîne de synchronisation de l'horloge est sollicité pour compter les fractions de seconde, les secondes, etc. Avec des variables de 32 bits pour le temps et la fréquence, la résolution mathématique de la fréquence peut dépasser une partie par milliard. L'horloge reste précise car elle peut occasionnellement sauter une fraction de seconde ou s'incrémenter de deux fractions. Ce léger saut ( gigue ) est imperceptible pour la quasi-totalité des utilisations réelles d'une horloge temps réel (RTC).
La complexité de ce système réside dans la détermination de la valeur corrigée instantanée de la fréquence variable . Le système le plus simple suit l'heure RTC et l'heure de référence entre deux réglages de l'horloge, puis divise l'heure de référence par l'heure RTC pour obtenir la fréquence . L'heure Internet étant souvent précise à moins de 20 millisecondes, un intervalle de 8 000 secondes ou plus (2,2 heures ou plus) entre les réglages permet généralement de réduire l'erreur de quarante millisecondes (ou moins) à moins de 5 parties par million, pour obtenir une précision comparable à celle d'un chronomètre. La principale difficulté de ce système réside dans la conversion des dates et heures en secondes, mais les méthodes sont bien connues.
Si l'horloge temps réel (RTC) fonctionne lorsque l'appareil est hors tension, elle fonctionnera généralement à deux fréquences différentes : une lorsque l'appareil est allumé et une autre lorsqu'il est éteint. Ceci s'explique par le fait que la température et la tension d'alimentation restent constantes dans les deux états. Pour compenser ces variations, le logiciel calcule deux fréquences. Il enregistre d'abord l'heure RTC, l'heure de référence, ainsi que les durées d'activation et de désactivation pour les deux intervalles compris entre les trois derniers réglages de l'horloge. Grâce à ces données, il peut mesurer la précision des deux intervalles, chacun présentant une distribution différente de durées d'activation et de désactivation. Le calcul des deux fréquences repose sur la résolution de deux équations linéaires .
Une autre approche consiste à mesurer la température de l'oscillateur à l'aide d'un thermomètre électronique (par exemple, une thermistance et un convertisseur analogique-numérique ) et à utiliser un polynôme pour calculer sa fréquence, environ une fois par minute. Ces méthodes nécessitent un étalonnage qui consiste à mesurer la fréquence à plusieurs températures, puis à effectuer une régression linéaire pour déterminer l'équation de la température. Les cristaux de quartz les plus courants dans un système sont des cristaux SC, et leur variation de fréquence en fonction de la température peut être caractérisée par un polynôme du 3e degré. Ainsi, pour les étalonner, la fréquence est mesurée à quatre températures. Les cristaux de type diapason, couramment utilisés dans les montres et de nombreux composants RTC, ont des équations paraboliques (du 2e degré) en fonction de la température et peuvent être étalonnés avec seulement 3 mesures. Les oscillateurs MEMS utilisent des polynômes de degré variable, allant du 3e au 5e degré, en fonction de leur conception mécanique, et nécessitent donc de quatre à six mesures d'étalonnage. Une approche similaire pourrait être utilisée dans les circuits intégrés RTC commerciaux, mais les méthodes de fabrication à haute vitesse et à haut rendement sont confidentielles.
RTC historiques
Certains ordinateurs , comme le petit IBM System/360 , le PDP-8 et le Data General Nova, utilisaient une horloge temps réel précise, simple et économique. En Europe, en Amérique du Nord et sur certains autres réseaux électriques, la fréquence du courant alternatif est ajustée selon les normes nationales de précision à long terme. Sur ces réseaux, les horloges utilisant le courant alternatif fonctionnent parfaitement sans réglage. Ces horloges ne sont pas adaptées aux ordinateurs portables ni aux réseaux (par exemple, en Asie du Sud) qui ne régulent pas la fréquence du courant alternatif.
L'alimentation de ces ordinateurs utilise un transformateur ou un diviseur de tension pour produire un signal sinusoïdal aux tensions logiques. Ce signal est conditionné par un détecteur de passage par zéro, utilisant soit un amplificateur linéaire , soit un trigger de Schmitt . On obtient ainsi un signal carré à fronts rapides et uniques, à la fréquence du secteur. Ce signal logique déclenche une interruption. Le logiciel de gestion des interruptions compte généralement les cycles, les secondes, etc. Il peut ainsi fournir une horloge et un calendrier complets. Sur l'IBM 360, l'interruption met à jour un compteur 64 bits de microsecondes utilisé par les logiciels système standardisés. L'erreur de gigue de l'horloge est réduite de moitié si l'interruption se produit à chaque passage par zéro, au lieu de chaque cycle.
L'horloge constituait généralement la base des chaînes de temporisation des logiciels informatiques ; par exemple, elle servait généralement à gérer la commutation des tâches dans un système d'exploitation. Les compteurs utilisés dans les ordinateurs modernes offrent des fonctionnalités similaires, mais avec une précision moindre, et leurs exigences peuvent être liées à ce type d'horloge. (Par exemple, dans le PDP-8, l'horloge secteur, modèle DK8EA, était la première à être utilisée, suivie plus tard par une horloge à quartz, le modèle DK8EC.)
Une horloge logicielle doit être réglée à chaque mise en marche de l'ordinateur. À l'origine, cette opération était effectuée par les opérateurs. Avec la généralisation d'Internet, les protocoles de synchronisation horaire ont permis de régler automatiquement ce type d'horloge.