【经验】实时时钟模块RX-8010SJ高温“死机”详情原因排查

时间： 2017-08-04 来源：世强作者：Carol

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一个合格的产品在正式上市前往往需要做一系列的可靠性测试，而高温测试就是最常见的一种可靠性测试。很多情况下，工程师开发好的产品，但是却会在可靠性测试中遇见各种各样的问题。本篇文章通过实际案例呈现EPSON实时时钟模块RX-8010SJ在高温测试中出现“死机”的详情原因，希望能帮助到广大工程师在设计产品时，避免出现类似的问题。

RX-8010SJ是EPSON推出的一款高性价比、低功耗的实时时钟模块，其内置32.768KHz晶体，采用标准的SOP-8封装，设计非常简单。RX-8010SJ可以Pin-To-Pin替换A公司的DS13375和DS1338、B公司的PCF8563和PCF85163、C公司的IDT1337G、D公司的ISL12057IBZ和ISL12058IBZ以及E公司的M41T0，并且可以节省外置32.768KHz晶体，提高产品的可靠性和相对精度。

此次案例问题现象如下：产品在高温条件下，过段时间发现产品中的时间停止了，进一步测试发现MCU通过I2C读不到RX-8010SJ的数据，认为RX-8010SJ“死机”了。经过笔者实际测试，发现温度大概到60度时就出现读不到数据的现象，但是等温度降下来后，又可以正常读取数据，并且时间是正确的，也就是说在高温读不到数据的情况下RX-8010SJ内部还是在正确计时的。因此，RX-8010SJ并没有正真的死机，只是MCU和RX-8010SJ无法正常通迅了。

开始查找原因，首先从硬件找起，RX-8010SJ的硬件设计太简单了，简单到很难设计出错，如图1。案例板子中RX-8010SJ通过系统5V电源供电，预留了备份电源--电容器（未焊接），I2C上拉电阻10K。经测试，读不到数据的时候，电源电压是正常的，说明供电没有问题。尝试更改I2C的上拉电阻值为5K和20K，问题仍出现。硬件中暂未发现任何问题。

图1：RX-8010SJ硬件参考设计

检查软件代码，I2C通过IO模拟实现，速率为50KHz符合RX-8010SJ的要求。用示波器抓取I2C的时序波形，正常通讯时，时序是正确的；当读不到数据时，通过波形发现是MCU发送0x64地址后，RX8010没有ACK响应。但是I2C的读写代码是正确的，从示波器的波形上看，地址数据也是正确的，并且对RX-8010SJ的初始化也无误。

检查到这里感觉已经无招了，甚至怀疑是不是MCU的问题或者RX-8010SJ芯片批次本身问题了。但是山重水复疑无路，柳暗花明又一村，在重新检查原理图时，发现了问题所在。

在实际电路中RX-8010SJ的工作电压是5V，I2C总线也是上拉至5V，而MCU的工作电压是3.3V。这样MCU给RX-8010SJ发送命令时，SCK和SDA引脚都是配置成push-pull模式，其高电平由MCU电压决定，即为3.3V，从示波器抓取的波形可以得到验证。RX-8010对于高低输入电平规格要求如下表格：

I2C总线的高电平最低要求大于0.8倍的VDD，即使算上冗余一般可以做到0.7倍VDD，也就是5*0.7=3.5V。很明显MCU在发送命令时，I2C总线的高电平只有3.3V，比RX-8010SJ的最低要求还要低，在常温时RX-8010SJ尚可识别命令字，但是高温时就有可能识别错误，造成通讯失败的情况。

分析出原因后，就要给出解决方法并验证。这里提供两种解决方法，并且这两种方法都已经过了高温重新测试。第一种将RX-8010SJ的工作电压降低，最好是和MCU相同的工作电压，最起码也要保证I2C总线的高电平高于RX-8010SJ的高电平输入的最低要求。这种方法需要修改已经设计好的硬件。第二种方法可以不修改硬件情况下解决此问题，就是MCU给RX-8010SJ发送命令时，将SCK和SDA引脚模式配置成open-drain模式，这样其高电平是由外部上拉电压决定的，也就是5V，同样满足高于RX-8010SJ的高电平输入的最低要求。

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全部评论（11）

Jerrfy Lv9. 科学家 2024-07-18

高密度
用户29422423 Lv4 2019-03-22

那么RTC为什么非要5V供电呢，不属于设计风险点吗，上拉电阻两端电压不同，损失的功耗不考虑的吗？
天地孤影任我行 Lv6. 高级专家 2018-08-24

非常有用的调试经验！
steven1 Lv5. 技术专家 2018-04-03

这种问题设计阶段就要确认掉的
zhangwy Lv4. 资深工程师 2017-12-09

分析很到位

海绵宝宝 Lv7. 资深专家 2017-10-26

小问题的定位是见基础功的呀，厉害
梦 Lv4. 资深工程师 2017-08-08

只能说设计的人水平太low了
大欢哥 Lv7. 资深专家 2017-08-04

这个有意思探索与发现
C丶 Lv4. 资深工程师 2017-08-04

这个是干货
小叶子 Lv8. 研究员 2017-08-04

不错

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