JP2003198430A

JP2003198430A - クロック発生装置

Info

Publication number: JP2003198430A
Application number: JP2001394931A
Authority: JP
Inventors: Nobutsugu Kikuchi; 暢貢菊池
Original assignee: Hitachi Communication Technologies Ltd
Current assignee: Hitachi Communication Technologies Ltd
Priority date: 2001-12-26
Filing date: 2001-12-26
Publication date: 2003-07-11

Abstract

(57)【要約】【課題】運用系と予備系の基準クロックの位相が異な
っていても、予め予備系のクロック出力を運用系の基準
クロックに一致させておき、予備系が運用系に切替わっ
ても、切替え前後でクロック出力の位相が変化せず、徐
々に異なる位相の基準クロックに追従させることができ
る、単純な構成で安定性の高いクロック発生装置を提供
する。【解決手段】発振器４，９、セレクタ５，１０、ＰＬ
Ｌ（位相同期ループ）回路６，１１、出力ゲート７，１
２、系切替制御回路８，１３を有する運用系と予備系の
二重化構成のＡ系クロック発生装置２、Ｂ系クロック発
生装置３を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は運用系と予備系の二
重化構成のクロック発生装置に係り、特に障害等により
予備系を運用系に切替える際に、基準クロックの位相が
異なっていても、システムに供給する基準クロックの位
相を切替え前後で同じに維持し、徐々に異なる位相に追
従してロックするクロック発生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のクロック発生装置において、運用
系と予備系の二重化構成のものが知られており、運用系
の基準クロックの位相と予備系の基準クロックの位相
は、一般的に異なっている。

【０００３】このため、従来のクロック発生装置は、運
用系と予備系が切替えられる時、予備系から運用系に切
替えられた系の基準クロックの位相と運用系から予備系
に切替えられた計の基準クロックの位相とを比較し、運
用系に切替えられた系の基準クロックに適切な遅延を与
えることにより、両系の基準クロックの位相合わせを実
行し、系切替え前後の基準クロックの位相ずれを小さく
保つように構成されている。

【０００４】基準クロックの位相を遅延させるための１
つには、遅延素子を用いる方法がある。また、基準クロ
ックの位相を遅延させるための他の１つには、基準クロ
ック周波数の数倍のクロック周波数を発生させる発振回
路を用い、数倍のクロック周波数の一周期単位で遅延さ
せる方法がある。

【０００５】さらに、２つの基準クロックの位相差を検
出する場合、基準クロック周波数の数倍のサンプリング
パルスでサンプリングが施されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】遅延素子を用いるクロ
ック発生装置は、許容できる位相差に見合った遅延量を
有する遅延素子が多数必要となり、回路規模が大きくな
ってしまう課題がある。

【０００７】また、数倍のクロック周波数の一周期単位
で遅延させるクロック発生装置は、基準クロックの位相
差をより小さくしようとすると、許容できる位相差に見
合った周期を有する高周波の発振回路が必要となり、回
路規模が大きくなるとともに、回路を高速化しなければ
ならない課題がある。

【０００８】一方、位相差検出のために基準クロック周
波数の数倍のサンプリングパルスでサンプリングを施す
クロック発生装置は、より明確な位相差を検出しようと
すると、高速でサンプリングしなければならず、回路規
模が大きくなるとともに、回路を高速化しなければなら
ない課題がある。

【０００９】この発明はこのような課題を解決するため
になされたもので、その目的は運用系と予備系の基準ク
ロックの位相が異なっていても、予め予備系のクロック
出力を運用系の基準クロックに一致させておき、予備系
が運用系に切替わっても、切替え前後でクロック出力の
位相が変化せず、徐々に異なる位相の基準クロックに追
従させることができる、単純な構成で安定性の高いクロ
ック発生装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
この発明に係るクロック発生装置は、基準クロックを発
生する発振器と、自系または他系の基準クロックを選択
するセレクタと、セレクタから入力される基準クロック
の位相に同期させ、同位相でロックした基準クロックを
出力するＰＬＬ（位相同期ループ）回路と、自系の障害
を検出して他系に切替える系切替制御回路とを備えた運
用系と予備系の二重化構成のクロック発生装置であっ
て、運用系に障害が発生し、予備系が運用系に切替わる
時、ＰＬＬ回路は、セレクタから異なる位相の基準クロ
ックが入力されても、系切替え前と同位相の基準クロッ
クを出力し、徐々に異なる位相に追従してロックした基
準クロックを出力することを特徴とする。

【００１１】この発明に係るクロック発生装置は、運用
系に障害が発生し、予備系が運用系に切替わる時、ＰＬ
Ｌ（位相同期ループ）回路は、セレクタから異なる位相
の基準クロックが入力されても、系切替え前と同位相の
基準クロックを出力し、徐々に異なる位相に追従してロ
ックした基準クロックを出力するので、切替え時に出力
される基準クロックに位相変化がなく、単純構成で安定
性の向上を図ることができる。

【００１２】また、この発明に係る系切替制御回路は、
障害を検出すると、選択信号を供給し、運用系を予備系
に、かつ予備系を運用系に切替えることを特徴とする。

【００１３】この発明に係る系切替制御回路は、障害を
検出すると、選択信号を供給し、運用系を予備系に、か
つ予備系を運用系に切替えるので、運用系に障害が発生
しても基準クロックを継続して発生し、基準クロックで
動作するシステムを継続して運用でき、利便性ならびに
信頼性の向上を実現することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を添
付図面に基づいて説明する。図１および図２はこの発明
に係るクロック発生装置の実施の形態基本ブロック構成
図である。図１および図２において、クロック発生装置
１は、Ａ系クロック発生装置２、Ｂ系クロック発生装置
３を備える。システムＳＹは、Ａ系クロック発生装置２
またはＢ系クロック発生装置３から出力される基準クロ
ックで動作するシステムを表わす。

【００１５】Ａ系クロック発生装置２は、発振器４、セ
レクタ５、ＰＬＬ（位相同期ループ）回路６、出力ゲー
ト７、系切替制御回路８を備える。

【００１６】Ｂ系クロック発生装置３は、Ａ系クロック
発生装置２と同じ構成であり、発振器９、セレクタ１
０、ＰＬＬ（位相同期ループ）回路１１、出力ゲート１
２、系切替制御回路１３を備える。

【００１７】なお、図１は、Ａ系クロック発生装置２が
「運用系」で、Ｂ系クロック発生装置３が「予備系」で
あるのに対し、図２は、Ａ系クロック発生装置２が「予
備系」で、Ｂ系クロック発生装置３が「運用系」である
点が異なる。また、Ａ系クロック発生装置２を「自系」
とする場合、Ｂ系クロック発生装置３を「他系」と定義
し、Ｂ系クロック発生装置３を「自系」とする場合、Ａ
系クロック発生装置２を「他系」と定義する。

【００１８】発振器４，９は、パルス発振回路で構成
し、基準クロックをセレクタ５，１０に供給する。な
お、発振器４と発振器９の基準クロックは、それぞれ位
相が異なる（例えば、発振器４は位相θ０、発振器９は
位相θ１とする）。

【００１９】セレクタ５，１０は、電子スイッチ等で構
成し、発振器４，９またはＰＬＬ回路６，１１から供給
される基準クロックを系切替制御回路８，１３から供給
される選択信号（Ａ，Ｂ）に基づいて選択し、選択した
基準クロックをＰＬＬ回路６，１１に提供する。

【００２０】セレクタ５は、「自系」が「運用系」の場
合には、「自系」の発振器４から供給される基準クロッ
クを選択（破線矢印表示）し、「他系（予備系）」のＰ
ＬＬ回路１１から供給される基準クロックを選択しな
い。

【００２１】一方、セレクタ１０は、「自系」が「予備
系」の場合には、「自系」の発振器９から供給される基
準クロックを選択せず、「他系（運用系）」のＰＬＬ回
路６から供給される基準クロックを選択（破線矢印表
示）する。

【００２２】つまり、セレクタ５，１０は、それぞれ
「自系」が「運用系」の場合、「自系」の発振器４，９
から供給される基準クロックを選択し、「他系（予備
系）」のＰＬＬ回路１１，６から供給される基準クロッ
クを選択しないことになる。

【００２３】また、セレクタ５，１０は、それぞれ「自
系」が「予備系」の場合、「自系」の発振器４，９から
供給される基準クロックを選択せず、「他系（運用
系）」のＰＬＬ回路１１，６から供給される基準クロッ
クを選択することになる。

【００２４】ＰＬＬ回路６，１１は、セレクタ５，１０
から供給される基準クロックを入力し、入力された基準
クロックの位相にロック（同期）した基準クロックを出
力ゲート７，１２およびセレクタ１０，５に供給する。

【００２５】なお、ＰＬＬ回路６，１１は、セレクタ
５，１０から供給される基準クロックにロック（同期）
した基準クロックを出力するため、ＰＬＬ回路６が「運
用系」でＰＬＬ回路１１が「予備系」の場合、ＰＬＬ回
路６およびＰＬＬ回路１１の出力は、「運用系」の発振
器４から供給される基準クロックとなり、位相（θ０）
も一致することになる。

【００２６】出力ゲート７，１２は、ゲート回路で構成
し、ＰＬＬ回路６，１１から供給される基準クロックを
系切替制御回路８，１３から供給される選択信号（Ａ，
Ｂ）に基づいてオン，オフ制御し、システムＳＹに基準
クロックを供給したり、停止したりする。

【００２７】出力ゲート７は、「自系」が「運用系」の
場合には、「自系」のＰＬＬ回路６から供給される基準
クロック（位相０）をシステムＳＹに出力する（図１に
示す破線矢印表示）。

【００２８】一方、出力ゲート１２は、「自系」が「予
備系」となるので、「自系（予備系）」のＰＬＬ回路１
１から供給される基準クロック（位相０）をシステムＳ
Ｙに出力しない。

【００２９】つまり、出力ゲート７，１２は、それぞれ
「自系」が「運用系」の場合、「自系」のＰＬＬ回路
６，１１から供給される基準クロックをシステムＳＹに
出力し、それぞれ「自系」が「予備系」の場合には、
「自系」のＰＬＬ回路６，１１から供給される基準クロ
ックをシステムＳＹに出力しないことになる。

【００３０】系切替制御回路８，１３は、それぞれ障害
検出部、および両回路合わせたフリップ−フロップ回路
等で構成し、「運用系」に何らかの障害が発生した場
合、それぞれセレクタ５，１０および出力ゲート７，１
２に選択信号を供給し、「運用系」を「予備系」に、か
つ「予備系」を「運用系」に切替える。

【００３１】図３はこの発明に係る系切替制御回路の一
実施の形態要部ブロック構成図である。また、図４は系
切替制御回路の信号波形図である。図３および図４を用
いて選択信号Ａ，Ｂの波形変化ならびに「運用系」、
「予備系」の状態遷移を説明する。

【００３２】図３において、系切替制御回路８は、障害
検出部１４、インバータ１５、ＡＮＤゲート１６を備
え、系切替制御回路１３は、障害検出部１１７、インバ
ータ１８、ＡＮＤゲート１９を備える。

【００３３】障害検出部１４，１７は、障害検知機能を
備え、「運用系」（系切替制御回路８または系切替制御
回路１３）に障害が発生すると、それぞれ切替パルス
Ａ，ＢをＡＮＤゲート１６，１９に供給する。

【００３４】ＡＮＤゲート１６，１９およびインバータ
１５，１８は、フリップ−フロップ回路を構成し、障害
検出部１４，１７から切替パルスＡ，Ｂが供給される度
毎に、それぞれＨレベル（または、Ｌレベル）からＬレ
ベル（または、Ｈレベル）に変移する選択信号Ａ，Ｂを
出力することにより、「運用系」を「予備系」に、かつ
同時に「予備系」を「運用系」に状態遷移させる。

【００３５】例えば、系切替制御回路８側（Ａ系状態）
が「運用系」で、系切替制御回路１３側（Ｂ系状態）が
「予備系」の場合に、切替パルスＡおよび切替パルスＢ
がＨレベルにあり、選択信号ＡがＬレベル、選択信号Ｂ
がＨレベルにある状態から、Ａ系障害発生（「運用系」
に障害発生）になると、切替パルスＡがＨレベルのま
ま、切替パルスＢが所定時間Ｌレベルのワンショットパ
ルスとなる。

【００３６】切替パルスＢのワンショットパルス（Ｌレ
ベル）により、フリップ−フロップ回路の出力である選
択信号Ａおよび選択信号Ｂの極性が反転し、選択信号Ａ
がＬレベルからＨレベルに変化し、選択信号ＢがＨレベ
ルからＬレベルに変化することに伴い、系切替制御回路
８側（Ａ系状態）が「運用系」→「予備系」に、系切替
制御回路１３側（Ｂ系状態）が「予備系」→「運用系」
に状態遷移する。

【００３７】また、系切替制御回路１３側（Ｂ系状態）
が「運用系」で、系切替制御回路８側（Ａ系状態）が
「予備系」の状態から、Ｂ系障害発生になると、選択信
号Ａおよび選択信号Ｂの極性が反転し、選択信号ＢがＬ
レベルからＨレベルに変化し、選択信号ＡがＨレベルか
らＬレベルに変化して系切替制御回路１３側（Ｂ系状
態）が「運用系」→「予備系」に、系切替制御回路８側
（Ａ系状態）が「予備系」→「運用系」に状態遷移す
る。

【００３８】このように、この発明に係る系切替制御回
路８，１３は、障害を検出すると、選択信号Ａ，Ｂを供
給し、運用系を予備系に、かつ予備系を運用系に切替え
るので、運用系に障害が発生しても基準クロックを継続
して発生し、基準クロックで動作するシステムＳＹを継
続して運用でき、利便性ならびに信頼性の向上を実現す
ることができる。

【００３９】図５はこの発明に係るＰＬＬ回路の一実施
の形態要部ブロック構成図である。また、図６はＰＬＬ
回路の入力／出力クロックの波形関係図である。図５お
よび図６を用いて入力クロックと出力クロックのＰＬＬ
（位相同期ループ）機能について説明する。

【００４０】図５において、ＰＬＬ回路６，１１は、位
相制御回路２０、周波数制御発振器２１を備え、位相制
御回路２０は、入力クロックと出力クロックの位相差
（Δθ＝θ０−θ１）に応じた信号を周波数制御発振器
２１に提供し、周波数制御発振器２１は、位相差（Δθ
＝θ１−θ０）に応じた信号に周波数制御を施して、位
相差を減少させた出力クロックを位相制御回路２０に帰
還してＰＬＬ（位相同期ループ）を構成することによ
り、図６に示すように、入力クロックと出力クロックに
位相差があっても、ＰＬＬ（位相同期ループ）機能を繰
り返して施すことにより、出力クロックの位相を入力ク
ロックの位相にロック（同期）し、入力クロックと同位
相の出力クロック（θ１）を出力する。

【００４１】図７はこの発明に係るクロック発生装置の
系切替の動作タイミング波形図である。系切替の動作タ
イミング波形を図１および図２を参照して説明する。な
お、波形〜は、Ｂ系クロック発生装置３における発
振器９の基準クロック波形（位相θ１）、ＰＬＬ回路
６から供給される基準クロックのセレクタ１０の入力波
形、ＰＬＬ回路１１の入力波形、ＰＬＬ回路１１の
出力波形、クロック発生装置１から出力される基準ク
ロック波形を表わす（波形〜は、位相θ０）。

【００４２】まず、Ａ系クロック発生装置２が「運用
系」にあり、Ｂ系クロック発生装置３が「予備系」にあ
る場合、波形〜は、図１および図２で説明したよう
に、Ａ系クロック発生装置２の発振器４から出力される
基準クロックと同じ波形となり、位相も一致する（位相
θ０）が、Ｂ系クロック発生装置３の発振器９から出力
される基準クロックの波形は、波形〜と位相が異
なり、波形（位相θ１）と波形〜（位相θ０）に
は大きな位相ずれがある。

【００４３】「運用系」であるＡ系クロック発生装置２
に何らかの異常が発生し、「運用系」から「予備系」に
移行する系切替発生となると、セレクタ１０は、発振器
９から供給される基準クロック（波形）を選択し、基
準クロック（波形）がＰＬＬ回路１１に供給される
（波形）。

【００４４】この時、波形は、ＰＬＬ回路６から供給
される発振器４の基準クロック（波形）から発振器９
の基準クロック（波形）に変更されるので、基準クロ
ックの位相が異なるため、基準クロック（波形：発振
器４の基準クロック）から位相がずれ（θ１−θ０）、
波形が大きく異なる。

【００４５】ＰＬＬ回路１１に入力される基準クロック
の位相とデューティは変化するが（波形）、ＰＬＬ回
路１１から出力される基準クロック（波形）は、図５
および図６に示すＰＬＬ回路１１の作用により、急激な
位相変化にはならず、系切替前の位相を保ち、その後、
ＰＬＬ（位相同期ループ）の作用によって徐々に入力
（波形）の位相に近づき（ロック外れ状態）、入力
（波形）の位相に一致（θ０＝θ１）した時点でロッ
クされる。

【００４６】したがって、クロック発生装置１から出力
される基準クロック（波形）は、Ａ系クロック発生装
置２からＢ系クロック発生装置３に系切替えが発生して
も、基準クロックの位相に急激な変化が発生することな
く、発振器４の基準クロックの位相（θ０）から発振器
９の基準クロックの位相（θ１）へと徐々に位相が変化
し、ＰＬＬ回路１１で位相がロック（θ１）された時点
で、発振器９の基準クロック（波形）に切替えられ
る。

【００４７】このように、系切替発生時点で、ＰＬＬ回
路１１に入力される基準クロックは、位相とデューティ
は変化するが、出力（波形）は、切替え前後に変化が
なく、徐々に切替わった系の基準クロックの位相（θ
１）に収束するので、基準クロックが供給される外部の
システムＳＹに影響を及ぼすことがなく、スムーズに系
切替を実行することができる。

【００４８】

【発明の効果】以上説明したように、この発明に係るク
ロック発生装置は、運用系に障害が発生し、予備系が運
用系に切替わる時、ＰＬＬ（位相同期ループ）回路は、
セレクタから異なる位相の基準クロックが入力されて
も、系切替え前と同位相の基準クロックを出力し、徐々
に異なる位相に追従してロックした基準クロックを出力
するので、切替え時に出力される基準クロックに位相変
化がなく、単純構成で安定性の向上を図ることができ
る。

【００４９】また、この発明に係る系切替制御回路は、
障害を検出すると、選択信号を供給し、運用系を予備系
に、かつ予備系を運用系に切替えるので、運用系に障害
が発生しても基準クロックを継続して発生し、基準クロ
ックで動作するシステムを継続して運用でき、利便性な
らびに信頼性の向上を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係るクロック発生装置の実施の形態
基本ブロック構成図

【図２】この発明に係るクロック発生装置の実施の形態
基本ブロック構成図

【図３】この発明に係る系切替制御回路の一実施の形態
要部ブロック構成図

【図４】系切替制御回路の信号波形図

【図５】この発明に係るＰＬＬ回路の一実施の形態要部
ブロック構成図

【図６】ＰＬＬ回路の入力／出力クロックの波形関係図

【図７】この発明に係るクロック発生装置の系切替の動
作タイミング波形図

【符号の説明】

１クロック発生装置２Ａ系クロック発生装置３Ｂ系クロック発生装置４，９発振器５，１０セレクタ６，１１ＰＬＬ回路７，１２出力ゲート８，１３系切替制御回路１４，１７障害検出部１５，１８インバータ１６，１９ＡＮＤゲート２０位相制御回路２１周波数制御発振器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基準クロックを発生する発振器と、自系
または他系の基準クロックを選択するセレクタと、前記
セレクタから入力される基準クロックの位相に同期さ
せ、同位相でロックした基準クロックを出力するＰＬＬ
回路と、自系の障害を検出して他系に切替える系切替制
御回路と、を備えた運用系と予備系の二重化構成のクロ
ック発生装置であって、運用系に障害が発生し、予備系が運用系に切替わる時、
前期ＰＬＬ回路は、前記セレクタから異なる位相の基準
クロックが入力されても、系切替え前と同位相の基準ク
ロックを出力し、徐々に異なる位相に追従してロックし
た基準クロックを出力することを特徴とするクロック発
生装置。
【請求項２】前記系切替制御回路は、障害を検出する
と、選択信号を供給し、運用系を予備系に、かつ予備系
を運用系に切替えることを特徴とする請求項１記載のク
ロック発生装置。