JP2006215618A - クロック発生回路 - Google Patents

Abstract

【課題】同期回路を含む電子機器の電池電圧が低下してきた場合に、その電子機器の動作維持に対応できる上に、その構成が簡易であるクロック発生回路の提供。
【解決手段】カウンタ回路１４は、基準クロック発生回路１１からの基準クロックＳＣＬＫの１周期内において、リングオシレータ１３からのパルスＲＣＬＫをカウントする。ここで、このパルスＲＣＬＫの周波数は、電源３の電圧値を反映させたものとなり、そのカウント値もそれを反映させたものとなる。分周制御回路１５は、カウンタ回路１４のカウント値に従って、クロック分周回路１２の分周比を設定する。クロック分周回路１２は、その設定された分周比に応じて、基準クロック発生回路１１からの基準クロックＳＣＬＫを分周させて、その周波数を低下させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、クロックに同期して動作する同期回路などに供給するクロックを発生するクロック発生回路に関するものである。

従来、クロック発生回路や同期回路などを含む各種の電子機器（集積回路）において、電源として電池（バッテリを含む）を使用する場合には、その電池の電圧をモニタし、電子機器の動作が保証できない場合には、その動作を停止させるようにしていた。
そして、従来は、電子機器の動作限界に対して使用環境温度や電圧のマージンを確保して電池の電圧をモニタするため、実際には、電池の容量を使い切る前に電子機器の動作を停止させていた。

しかし、電池電圧が低下してきた場合でも、その電子機器の動作をできるだけ停止させずに維持できるようにすることが望まれ、これに対応できる簡易な構成からなるクロック発生回路の出現が望まれる。
ところで、携帯型情報機器の電力制御技術として、非特許文献１に示すものが知られている。

この電力制御技術では、周波数制御回路が、論理回路の動作頻度をモニタしそのモニタの結果に応じて、クロック発生回路に対して動作周波数を上昇／低下させる指示を行うようになっている。また、電圧制御回路は、クロック発生回路の動作周波数に対応する動作電圧を、ＤＣ−ＤＣコンバータ制御回路に出力し、これにより電源電圧が制御できるようになっている。

しかし、非特許文献１に記載の電力制御技術では、電池電圧が低下してきた場合には、電子機器の動作維持に対応できず、クロック発生回路もそのようなことを実現することができない。
日経エレクトロニクス２００４年３月１日号の２８ページの記事

本発明の目的は、上記の点に鑑み、同期回路を含む電子機器の電池電圧が低下してきた場合に、その電子機器の動作維持に対応できる上に、そのための構成が簡易であるクロック発生回路を提供することにある。

上記の課題を解決し本発明の目的を達成するために、各発明は、以下のような構成からなる。
すなわち、第１の発明は、基準クロックを発生する基準クロック発生回路と、所定の周波数の信号を発生するとともに、その周波数が回路の動作条件に依存して変化する発振回路と、前記発振回路の発生する信号の周波数を計測し、その計測値に従って前記基準クロック発生回路から生成して同期回路で使用するクロックの周波数を低下させる制御回路と、を備えている。

第２の発明は、第１の発明において、前記発振回路は、前記基準クロック発生回路の発生する基準クロックよりも周波数の高いパルスを発生するリングオシレータからなる。
第３の発明は、第２の発明において、前記制御回路は、前記基準クロック発生回路が発生する基準クロックの所定周期内において、前記リングオシレータが発生するパルスの個数をカウントするカウンタ回路と、前記基準クロック発生回路の発生する基準クロック信号の周波数を、設定される分周比に従って変換するクロック分周回路と、前記カウンタ回路のカウント値に従って、前記クロック分周回路の分周比を設定する分周制御回路と、からなる。

第４の発明は、第３の発明において、前記制御回路は、前記カウンタ回路のカウント値を所定値と比較し、前記カウント値が所定値を下回る場合に、前記基準クロック発生回路または前記クロック分周回路の動作を停止させる停止信号を出力する判定回路を、含んでいる。
このような構成からなる本発明によれば、同期回路を含む電子機器の電池電圧が低下してきた場合に、その電子機器の動作維持に対応できる上に、そのための構成が簡易である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明のクロック発生回路の実施形態を含む電子機器（集積回路）の構成を示すブロック図である。
この電子機器は、図１に示すように、実施形態に係る基準クロック発生回路１と、このクロック発生回路１の発生するクロックによって同期動作するクロック同期回路２とを少なくとも備え、これらは電池（２次電池を含む）からなる電源３により駆動されるようになっている。

クロック発生回路１は、基準クロック発生回路１１と、クロック分周回路１２と、リングオシレータ１３と、カウンタ回路１４と、分周制御回路１５と、判定回路１６と、を備えている。
基準クロック発生回路１１は、基準クロックＳＣＬＫを発生する回路であり、その発生した基準クロックＳＣＬＫはクロック分周回路１２とカウンタ回路１４にそれぞれ供給されるようになっている。

クロック分周回路１２は、基準クロック発生回路１１が発生する基準クロックＳＣＬＫの周波数を、分周制御回路１５で設定される分周比に変換したクロックＣＬＫを生成する回路であり、その生成されたクロックＣＬＫはクロック同期回路２に供給されるようになっている。
リングオシレータ１３は、基準クロック発生回路１１の発生する基準クロックＳＣＬＫよりも周波数の高いパルスＲＣＬＫを発生する発振回路であり、その発生したパルスＲＣＬＫはカウンタ回路１４に供給されるようになっている。

ここで、リングオシレータ１３は、その発生するパルスＲＣＬＫの周波数が使用中の環境温度や電源３の電圧、および製造プロセスに起因する素子遅延のバラツキなどの動作条件に依存する性質がある。
カウンタ回路１４は、基準クロック発生回路１１が発生する基準クロックＳＣＬＫの所定周期である一周期内において、リングオシレータ１３が発生するパルスＲＣＬＫの個数をカウントする回路であり、そのカウント値（計数値）ＣＯＵＮＴは分周制御回路１５と判定回路１６とにそれぞれ供給されるようになっている。

分周制御回路１５は、カウンタ回路１４のカウント値に従って、クロック分周回路１２の分周比を設定する回路であり、その分周比をクロック分周回路１２に供給するようになっている。
判定回路１６は、カウンタ回路１４のカウント値を所定値である判定値を比較し、カウント値が判定値を下回った場合に、停止信号を出力するものである。

ここで、その停止信号は、例えば基準クロック発生回路１１またはクロック分周回路１２の動作を停止するために使用される。従って、基準クロック発生回路１１またはクロック分周回路１２は、その停止信号に基づいてその動作が停止できるようになっている。
また、停止信号は、表示器（図示せず）を点滅させて電池またはバッテリの交換をユーザに知らせるために使用される。

クロック同期回路２は、クロック分周回路１２から供給されるクロックＣＬＫに同期して動作する回路であり、例えばフリップフロップやカウンタなどからなる。
次に、このような構成からなる第１実施形態の動作例について、図１および図２を参照して説明する。
基準クロック発生回路１１が発生する基準クロックＳＣＬＫの一例を示すと、図２（Ａ）に示すようになる。また、リングオシレータ１３の発生するパルスＲＣＬＫの一例を示すと、図２（Ｂ）に示すようになる。

図２に示すように時刻ｔ１において、基準クロックＳＣＬＫが立ち上がると、カウンタ回路１４は、リセットされて入力されるパルスＲＣＬＫの計数動作を開始し、そのカウント値ＣＯＵＮＴは図２（Ｃ）に示すように増加していく。時刻ｔ２において、次の基準クロックＳＣＬＫが立ち上がると、カウンタ回路１４はリセットされてパルスＲＣＬＫの計数動作を再び開始する。

分周制御回路１５は、時刻ｔ２においてカウンタ回路１４がリセットされると、リセットされる直前のカウント値「ｎ」に従い、クロック分周回路１２の分周比を設定する。
ここで、基準クロック発生回路１１が発生する基準クロックＳＣＬＫは、電源３の電圧ＶＣＣに依存せず、電圧ＶＣＣが低下してもその周波数は一定となり、その一周期（時刻ｔ１〜ｔ２の期間）も一定となる。これに対して、リングオシレータ１３が発生するパルスＲＣＬＫは、電源３の電圧ＶＣＣに依存し、電圧ＶＣＣが低下するとその周波数が低くなるという性質がある。

このため、カウンタ回路１４のカウント値「ｎ」は、その時点の使用時における環境温度や電圧が反映され、これにより電子機器（クロック同期回路）が動作可能なクロックの速度を反映し、それが動作可能な最高周波数に換算できる指標となり得る。
そこで、分周制御回路１５は、そのカウント値「ｎ」に従い、クロック分周回路１２の分周比を、例えば「１」、「１／２」、「１／４」のうちの何れかに設定する。

ここで、カウント値「ｎ」が所定値以上の場合には分周比は「１」に設定し、それが所定値以下の場合には、その程度に応じて分周比を「１／２」、「１／４」に順次設定していく。
分周制御回路１５が分周比として「１／２」に設定した場合には、クロック分周回路１２からのクロックＣＬＫは図２（Ｄ）に示すようになる。

クロック同期回路２は、その分周されたクロックＣＬＫにより同期動作するが、その動作速度、すなわち動作電源電圧には限界があり、クロックＣＬＫの供給を停止させて電池の交換やバッテリの充電をユーザに知らせる必要がある。
そこで、判定回路１６は、カウンタ回路１４がリセットされるたびに、そのカウント値「ｎ」を判定値と比較し、その「ｎ」が判定値を下回った場合には停止信号を出力する。この停止信号により、基準クロック発生回路１１またはクロック分周回路１２はその動作が停止し、かつ、表示器（図示せず）を点滅させて電池またはバッテリの交換をユーザに知らせる。

以上説明したように、この実施形態によれば、簡易な構成により、使用中に各時点で温度、電圧などの動作条件に応じて基準クロックを分周し、クロックの周波数を低下させていくことができる。
また、この実施形態によれば、同期回路を含む電子機器を電池で使用中に、その電池の電圧の低下に応じてその電子機器の動作周波数を低下させていけるので、電池の容量を無駄なく使用できる。

さらに、この実施形態によれば、電子機器の使用に伴って電池の電圧が低下すると、その低下に応じてクロックの周波数は低下するが、そのクロックを用いて電子機器の動作を継続できる。
なお、上記の実施形態では、カウンタ回路１４で計数させるパルスＲＣＬＫを発生する発振回路としてリングオシレータ１３を使用するようにした。しかし、その発振回路は、リングオシレータ１３のように、発生するパルスＲＣＬＫの周波数が使用中の環境温度や電源３の電圧に依存する性質があるものであれば良い。

また、上記の実施形態では、リングオシレータ１３のパルスＲＣＬＫを処理するために、カウンタ回路１４、分周制御回路１５、判定回路１６を設けるようにしたが、これらの機能とマイクロコンピュータで置き換え得るようにしても良い。
さらに、上記の実施形態では、カウンタ回路１４を常に計測する状態で使用している。この計測を間欠的に行うことにより、リングオシレータ１３を停止する構成にしても良い。基準クロックの周期に対して回路の動作条件の変化が微小である場合には、計測を間欠的に行うことが可能である。それにより、本発明の回路の動作電流を削減できる。

本発明のクロック発生回路の実施形態を含む電子機器の構成を示すブロック図である。 クロック発生回路の動作を説明する図であって、その各部の波形例を示す図である。

符号の説明

１・・・クロック発生回路、２・・・クロック同期回路、３・・・電源、１１・・・基準クロック発生回路、１２・・・クロック分周回路、１３・・・リングオシレータ、１４・・・カウンタ回路、１５・・・分周制御回路、１６・・・判定回路

Claims (4)

1. 基準クロックを発生する基準クロック発生回路と、
   所定の周波数の信号を発生するとともに、その周波数が回路の動作条件に依存して変化する発振回路と、
   前記発振回路の発生する信号の周波数を計測し、その計測値に従って前記基準クロック発生回路から生成して同期回路で使用するクロックの周波数を低下させる制御回路と、
   を備えたことを特徴とするクロック発生回路。
2. 前記発振回路は、前記基準クロック発生回路の発生する基準クロックよりも周波数の高いパルスを発生するリングオシレータからなることを特徴とする請求項１に記載のクロック発生回路。
3. 前記制御回路は、
   前記基準クロック発生回路が発生する基準クロックの所定周期内において、前記リングオシレータが発生するパルスの個数をカウントするカウンタ回路と、
   前記基準クロック発生回路の発生する基準クロック信号の周波数を、設定される分周比に従って変換するクロック分周回路と、
   前記カウンタ回路のカウント値に従って、前記クロック分周回路の分周比を設定する分周制御回路と、
   からなることを特徴とする請求項２に記載のクロック発生回路。
4. 前記制御回路は、
   前記カウンタ回路のカウント値を所定値と比較し、前記カウント値が所定値を下回る場合に、前記基準クロック発生回路または前記クロック分周回路の動作を停止させる停止信号を出力する判定回路を、含んでいることを特徴とする請求項３に記載のクロック発生回路。

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