RTC의 클럭으로 주파수를 32.768kHz로 사용하는 이유를 알고 있는가? RTC는 임베디드 시스템에서 이벤트 이력을 관리하기 위해 굉장히 중요한 부품이다. 32.768kHz 사용하는 이유에 대해서 알아보겠다.
RTC의 클럭으로 왜 32.768kHz가 사용될까?
RTC의 클럭으로 왜 32.768kHz가 사용될까? 그 이유는 1960년대, 아직 RTC의 주파수(frequency)로 32.768kHz가 표준이 되기 전에 다양한 시도를 했었다. 기본적으로 이진 분주기를 통해 1Hz를 정확히 만들 수 있었기 때문에 2의 배수로 테스트했었다.
최종적으로 16,384Hz와 32,768Hz, 65,536Hz 3가지 중 고민을 했다.
16,384Hz로 진동하기 위해서는 크리스탈의 크기가 크지만 전력을 덜 소모했다. 65,536Hz로 진동하는 크리스탈은 크기가 작았지만 전력을 더 많이 소모했다.
진동 주파수가 낮을 수록 전력 소모는 낮지만 크기가 크고 깨질 가능성이 더 높았다. 주파수가 높을 수록 전력 소모는 크지만 크기가 작고 깨질 가능성이 낮았다.
32.768kHz가 전력 소모량이나 크기 그리고 안정성과 생산성 등 여러가지 요소들을 고려하여 표준화가 되었다. 그래서 현재 RTC(Real-Time Clock)와 쿼츠 시계에서도 32.768kHz의 Clock 주파수를 사용한다.
이진 계산에 최적화
32.768kHz는 2¹⁵(=32,768) 해당하는 값이다. 이 주파수는 디지털 회로에서 쉽게 처리할 수 있는 이진 분주기를 통해 15번 나누면 정확히 1Hz로 변환된다.
낮은 전력 소비
RTC는 공급전원이 꺼진 상태에서도 동작해야 하기 때문에 배터리로 전원을 공급받을 수 있도록 회로를 구성 해야 한다. 배터리 기반 시스템에서는 전력 소비를 최소화하는 것이 매우 중요한 요소이다.
크리스탈의 주파수가 낮을수록 전력 소모량이 낮다. 주파수가 더 낮아지면 더욱 낮은 전력 소모를 하지만 크기가 더 커진다. 크기는 지금도 충분히 크다.
쿼츠 크리스탈의 물리적 특성
RTC의 클럭 주파수가 낮을수록 전력 소모량이 낮다고 했다. 대신 크리스탈의 크기가 크고 절단하는 가공이 쉽다. 그런데 크기가 크면 깨지기 쉽다는 물리적 특성이 있다. 그래서 전력 소모가 덜 낮지만 크기가 작고 덜 깨지는 값으로 표준화 했다.
RTC의 주파수(frequency)로 표준화된 32.768kHz
오늘날 32.768kHz는 국제적으로 RTC의 표준 주파수로 자리 잡았다. 수십년 동안 RTC와 쿼츠 시계, 임베디드 시스템에서 널리 사용되며, 크리스탈 제조 공정이 최정화되고 비용도 크게 절감되었다.
32.768kHz로 1Hz를 만드는 원리
RTC의 클럭을 만들기 위해 32.768kHz는 이진 분주기를 통해 1Hz로 변환된다. 이진 분주기는 입력 신호의 주파수를 2로 나누는 디지털 회로이다.
32.768kHz를 1Hz로 변환하는 과정은 이진 분주기(Binary Divider)를 사용하여 이루어진다. 이진 분주기는 디지털 회로에서 입력 신호의 주파수를 2로 나누는 역할을 한다.
이진 분주기의 기본 구조
- 플립플롭(Flip-Flop) : 플립플롭은 입력 신호의 주파수를 반으로 나누는 간단한 디지털 회로이다.
- 단계적 분주 : 첫 번째 플립플롭에서 입력 신호(32.768kHz)를 받아 16.384kHz로 줄이고, 다음 단계에서 다시 8.192kHz로 줄이는 붕식으로 작동한다.
32.768kHz의 15단계 분주
- 32.768kHz 입력 신호를 15개의 플립플롭을 직렬로 연결한 이진 분주기를 통과시키면 주파수가 2¹⁵(=32,768)로 나뉜다.
- 결과적으로, 1Hz의 신호가 출력된다.
1Hz와 RTC
- 1Hz는 1초에 1번의 신호를 생성하며, RTC는 이 신호를 기준으로 초 단위 시간을 계산한다.
- 이를 통해 정밀한 시간 측정과 동기화가 가능해진다.
결론
32.768kHz는 전력 소모, 크리스탈의 크기, 물리적 안정성, 제조 비용 등 여러 요소를 고려하여 RTC의 표준 클럭 주파수로 채택되었다. 디지털 회로에서 이진 분주기를 통해 1Hz로 쉽게 변환할 수 있으며, RTC뿐만 아니라 쿼츠 시계와 임베디드 시스템 등에서도 널리 사용한다.
이러한 특징 덕분이 32.768kHz는 오늘날 시간 측정 및 관리의 기본 주파수로 자리 잡게 되었다.