JP2014067145A - クロック信号のセルフ検査回路 - Google Patents

Abstract

【課題】第１の電源電圧により生成されるクロック信号を第２の電源電圧により動作する回路要素を用いてセルフ検査でき、両電源電圧の状態にかかわらず短絡電流の発生を防止する。
【解決手段】クロック信号発生回路１４とマイコン１６がクロック信号伝送路２５を介して接続され、クロック信号をタイマカウンタ１９で検査可能な構成を備える。基板２にバッテリ４が接続されると電源回路８は電源電圧ＶＡを生成するが、電源スイッチ１３がオフのときには、電源回路９は電源電圧ＶＢを生成せず、負荷回路１５とマイコン１６は動作を停止する。このとき、スイッチ回路２７は、クロック信号発生回路１４の出力端子１４ａとマイコン１６の入力端子１６ａとの間を電気的に遮断する。その結果、クロック信号発生回路１４からクロック信号伝送路２５およびタイマカウンタ１９の入力保護ダイオードを介して電源線１１に短絡電流が流れることを防止できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、車載電子機器に設けられるクロック信号のセルフ検査回路に関する。

車載電子機器は、電源回路、マイクロコンピュータ（マイコン）、周辺回路などの多数の回路要素を備えて構成されている。また、これらの回路要素の多くはクロック信号を用いて動作するので、クロック信号発生回路も備えている。車載電子機器の製造検査工程では、各回路要素の機能のみならずクロック信号の周波数等も検査する必要がある。そこで、従来の車載電子機器では、コネクタからクロック信号を取り出し、或いは基板上に設けたテストピンやテスト用のランドからプローブを介してクロック信号を取り出し、外部の周波数計測器でクロック信号の周波数を測定していた（特許文献１参照）。

しかし、この検査方法では、コネクタに検査用のピンが必要になり、或いはテストピンやテスト用のランドを設けることにより基板の面積が増大する。さらに、検査作業員によるプローブの接続／取り外し作業の手間が増える。そこで、クロック信号を基板の外に取り出すのではなく、クロック信号発生回路からマイコンのタイマカウンタに至る配線パターンを形成して、タイマカウンタにクロック信号の周波数を測定させるセルフ検査が用いられる。

特開平１０−０３８９８１号公報

車載電子機器はバッテリを電源として動作するので、消費電力低減の要求が厳しい。このため、マイコンなどの消費電流の大きい回路要素は常に動作するのではなく、必要な時に限り電源電圧が供給されて動作するようになっている。一方、様々な回路要素にクロック信号を供給するクロック信号発生回路は、バッテリが接続されている限り常に電源電圧の供給を受け、動作し続ける必要がある。すなわち、クロック信号発生回路とそのクロック信号をセルフ検査するマイコンとは、異なる電源系統により動作する。

その結果、クロック信号発生回路からタイマカウンタに至る配線パターンを形成してセルフ検査可能な構成を採用すると、マイコンに電源電圧が供給されずマイコンが動作を停止している期間にも、２値（Ｈ／Ｌ）の電圧レベルを持つクロック信号がタイマカウンタの入力端子に印加され続けることになる。一般に、タイマカウンタなどの回路要素の入力端子と電源線との間には、入力電圧を電源電圧範囲内にクランプする入力保護ダイオードが接続されている。このため、電源電圧が供給されていない状態でクロック信号がＨレベルになると、入力保護ダイオードを介して短絡電流が流れ、クロック信号の振幅が低下し、波形に歪みが生じ、或いは発熱により素子の劣化が早まるなどの問題が生じる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、第１の電源電圧により生成されるクロック信号を第２の電源電圧により動作する回路要素を用いてセルフ検査でき、両電源電圧の状態にかかわらず短絡電流の発生を防止できるクロック信号のセルフ検査回路を提供することにある。

請求項１に記載したクロック信号のセルフ検査回路は、電源端子にバッテリ電圧が与えられると第１の電源電圧を出力する第１の電源回路と、電源端子にバッテリ電圧が与えられ且つ電源端子から延びる電源線に介在する電源スイッチがオンしているときに第２の電源電圧を出力する第２の電源回路と、第１の電源電圧によりクロック信号を生成して出力するクロック信号発生回路とを備えた車載電子機器に設けられる。

クロック信号のセルフ検査回路は、測定回路とスイッチ回路を備えている。クロック信号発生回路の出力端子と測定回路の入力端子との間は、クロック信号伝送路により接続されている。測定回路は、第２の電源電圧により動作し、クロック信号伝送路を通して与えられるクロック信号を測定する。スイッチ回路は、クロック信号伝送路に設けられ、第２の電源回路が第２の電源電圧を出力していないときにクロック信号発生回路の出力端子と測定回路の入力端子との間を電気的に遮断する。

この構成によれば、電源スイッチをオンして測定回路にクロック信号を測定させることにより、クロック信号を車載電子機器自身に検査させることができる。電源スイッチがオフして第２の電源電圧が喪失すると、スイッチ回路がクロック信号発生回路と測定回路との間を電気的に遮断するので、電源の供給が停止した測定回路の入力端子にクロック信号が印加されることがない。これにより、測定回路の入力保護ダイオードを介して短絡電流が流れるのを防止できる。

一実施形態による車載電子機器と検査装置の概略的な電気的構成図 マイコンの入力部に設けられる入力保護回路の構成図 基板の一部を拡大して示すパターン図

以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、ナビゲーション装置などの車載電子機器１が備える回路配線基板２（以下、単に基板２と称す）の回路と、検査制御装置３および検査用のバッテリ４を備えた検査装置５とを接続したときの電気的構成を示している。基板２は、バッテリ４の正側端子が接続されるコネクタ６（電源端子）と、検査装置５が接続されるコネクタ７を備えている。図示しないが、基板２のグランド電位は、バッテリ４の負側端子と同じ電位とされている。

車載電子機器１は、第１の電源電圧ＶＡを出力する第１の電源回路８と、第２の電源電圧ＶＢを出力する第２の電源回路９を備えている。電源電圧ＶＡ、ＶＢは、同じ電圧値（例えば５Ｖ）を有しているが、それぞれ電源線１０、１１を介して異なる回路要素に供給される別異の電源系統を構成している。電源回路８は、コネクタ６に直接接続されており、コネクタ６にバッテリ４が接続されているときに常に電源電圧ＶＡを生成して出力する。

これに対し、コネクタ６から電源回路９に延びる電源線１２には電源スイッチ１３が介在している。電源回路９は、コネクタ６にバッテリ４が接続されており、電源スイッチ１３がオンされているときに限り電源電圧ＶＢを生成して出力する。ここで、電源スイッチ１３は、キーシリンダに挿入されたキーが、アクセサリ、イグニッション、スタータの何れかに回動操作されたときに連動してオンするようになっている。

クロック信号発生回路１４は、ＩＣとして構成されており、電源電圧ＶＡによりクロック信号を生成し、負荷回路１５および図示しない回路要素に対して出力する。負荷回路１５は、ＧＰＳ信号の受信回路、表示パネルの表示回路、音声出力回路など、ナビゲーション装置を構成する回路要素のうち電源スイッチ１３がオンされている期間だけ電源電圧ＶＢにより動作するものである。図示しない回路要素には、電源電圧ＶＡにより動作するものも含まれている。

マイコン１６は、ＣＰＵ１７、メモリ１８（ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュメモリなど）、タイマカウンタ１９、通信回路２０、制御回路２１などを備えたＩＣであって、電源電圧ＶＢにより動作する。メモリ１８のＲＯＭには、車載電子機器１にナビゲーション動作を実行させるための制御プログラムに加え、テストモードで実行されるテスト用プログラムが書き込まれている。マイコン１６は、クロック信号発生回路１４が生成するクロック信号ではなく、自身が有する発振回路で生成したクロック信号により動作する。

タイマカウンタ１９は、入力端子１６ａに入力される２値（Ｈ／Ｌ）の電圧レベル（５Ｖ／０Ｖ）を持つクロック信号をカウントして周波数を測定する他、周期やデューティ比などのクロック信号の特徴量を測定することができる測定回路である。図２に示すように、入力端子１６ａとタイマカウンタ１９の入力バッファ回路２２との間には、過大な入力電圧を電源電圧ＶＢまたはグランド電位０Ｖにクランプする図示極性の入力保護ダイオード２３、２４が設けられている。通信回路２０は、コネクタ７を通して外部機器との間でシリアル通信を行うもので、製造検査工程の際には検査装置５が接続される。制御回路２１は、上述した負荷回路１５を制御する。

クロック信号発生回路１４の出力端子１４ａからマイコン１６の入力端子１６ａに至るクロック信号伝送路２５には、制限抵抗２６とスイッチ回路２７が設けられている。図３は、基板２の部品実装面のうち、ＩＣの出力端子１４ａがはんだ付けされるランド１４ｒから延びるクロック信号伝送路２５のパターン２５ｐおよびその周辺部分を拡大して示している。パターン形成部分にはハッチングを施している。

基板２において、クロック信号発生回路１４の出力端子１４ａと制限抵抗２６とを繋ぐパターンの長さが極力短くなるように、制限抵抗２６は、クロック信号発生回路１４の出力端子１４ａに近接して配置されている。パターン２５ｐは、太い（所謂ベタの）配線幅を持つグランドパターン２８により包囲され、他の信号線のパターンとは可能な限り離して配置されている。

基板２が内層にもパターンを持つ多層基板である場合には、出力端子１４ａからスイッチ回路２７に至るまでのパターン２５ｐおよび出力端子１４ａから負荷回路１５に至るパターンは、内層に引き込まれている。その内層のパターンは、外層（表面、裏面）のグランドパターンで覆われている。図３では、Ｑ点においてパターン２５ｐが内層に引き込まれている。こうしたレイアウトパターンを用いると、パターン２５ｐから放射されるノイズを低減することができる。

スイッチ回路２７は、クロック信号伝送路２５を通して与えられるクロック信号の電圧を分圧する分圧回路２９と、分圧電圧をベース電圧とするエミッタ接地されたＮＰＮ形トランジスタ３０と、電源線１１とトランジスタ３０のコレクタとの間に接続された抵抗３１とから構成されている。分圧回路２９は、抵抗２９ａ、２９ｂの直列回路から構成されている。

なお、クロック信号が入力される負荷回路１５は、マイコン１６と同様に電源電圧ＶＢにより動作するので、負荷回路１５の入力部にはスイッチ回路２７と同様の回路が設けられている。

次に、本実施形態の作用および効果について説明する。製造検査工程において車載電子機器１を検査する場合、基板２を治具に載置し、基板２と検査装置５をコネクタ７、コネクタ６の順に接続し、検査用のバッテリ４から基板２に給電する。これにより、電源回路８は電源電圧ＶＡを生成し、電源電圧ＶＡにより動作するクロック信号発生回路１４は、発振動作を開始してクロック信号を出力する。続いて、キーシリンダの代替手段を用いて電源スイッチ１３をオンすると、電源回路９が電源電圧ＶＢを生成し、負荷回路１５、マイコン１６などを含む車載電子機器１の全ての回路要素が動作を開始する。

クロック信号発生回路１４から出力されたクロック信号は、スイッチ回路２７で反転された後マイコン１６のタイマカウンタ１９に入力される。ノイズを低減するため、制限抵抗２６は、クロック信号伝送路２５に流れる電流を、スイッチ回路２７が正常に動作するのに必要な最小限の範囲内の電流に低減する。この最小限の範囲内の電流とは、素子や回路のばらつきおよびマージンまで考慮しても、スイッチ回路２７が正常に動作する範囲内の電流である。ここでは、制限抵抗２６の抵抗値と抵抗２９ａの抵抗値をほぼ等しい値に設定している。

その後、検査制御装置３は、基板２を検査可能な状態にするため、車載電子機器１のマイコン１６に対しテストモードへの移行指示を送信する。マイコン１６は、テストモードに移行してテストプログラムを実行し、その１つのテスト項目としてクロック信号の周波数を測定する。このとき、負荷回路１５は所定の状態に制御されている。

マイコン１６は、一定時間内のクロック信号のクロック数をカウントする。そのカウント値（周波数に相当）が決められた範囲内の値であれば合格とし、範囲外の値であれば不合格とし、その結果を検査制御装置３に送信する。これに替えて、マイコン１６は、カウント値をそのまま検査制御装置３に送信し、検査制御装置３が合否判定を行ってもよい。また、車載電子機器１に対する所定の操作に応じてテストモードに移行し、カウント値や判定結果をメモリ１８（ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ／フラッシュメモリなど）に記憶することにより、検査装置５を使用せずに検査する構成としてもよい。マイコン１６は、周波数の他に周期やデューティ比などの特徴量を測定してもよい。

このように車載電子機器１自身にクロック信号をセルフ検査させることにより、従来必要であった周波数等を測定するための計測器が不要になる。また、製品基板に設けていた計測用コネクタ、テストピンやテスト用のランドも不要になる。さらに、コネクタの接続／取り外しのための作業時間を短縮でき、検査装置に設けられた計測器に接続するための配線設備も廃止することができる。

全ての検査項目に合格すると、車載電子機器１は製品として出荷される。車載電子機器１を車両に設置し、コネクタ６に車載バッテリ４からの電源線を接続すると、キーシリンダに挿入されたキーの回動位置にかかわらず、電源回路８は電源電圧ＶＡを生成する。これに伴い、電源電圧ＶＡにより動作するクロック信号発生回路１４は、発振動作を開始してクロック信号を出力する。

キーがアクセサリ、イグニッション、スタータの何れかの位置にあると、電源電圧ＶＢも供給されるので、スイッチ回路２７は、反転バッファとして動作する。このときも、クロック信号はスイッチ回路２７を介してタイマカウンタ１９に入力されるので、車載電子機器１の実動作中に製造検査工程と同様にしてクロック信号をセルフ検査することが可能である。

これに対し、キーがオフの位置にあると、電源スイッチ１３がオフするので、電源回路９は動作を停止し、電源線１１の電源電圧ＶＢは０Ｖになる。このとき、電源電圧ＶＢで動作する負荷回路１５およびマイコン１６も動作を停止する。クロック信号発生回路１４が出力するクロック信号はクロック信号伝送路２５を通してスイッチ回路２７に入力されるが、電源線１１の電圧が０Ｖのため、トランジスタ３０のコレクタ電圧は常に０Ｖになる。すなわち、スイッチ回路２７は、電源電圧ＶＢが０Ｖのときに、クロック信号発生回路１４の出力端子１４ａとマイコン１６の入力端子１６ａとの間を電気的に遮断する作用を持つ。

その結果、電源線１１の電圧が０Ｖのときには、クロック信号がマイコン１６の入力端子１６ａに印加されることはなく、クロック信号発生回路１４からクロック信号伝送路２５および入力保護ダイオード２３を介して電源線１１に短絡電流が流れることを防止できる。すなわち、タイマカウンタ１９を用いてクロック信号をセルフ検査可能なように、クロック信号発生回路１４の出力端子１４ａとマイコン１６の入力端子１６ａとを接続した構成を備えていても、スイッチ回路２７の存在により、電源電圧ＶＢが０Ｖのときであっても短絡電流が流れない。これにより、短絡電流に起因するクロック信号の振幅低下、波形の歪み、発熱による素子の劣化などを防止することができる。

ところで、マイコンの高速化に伴い、素車載電子機器１で用いられるクロック信号の周波数は年々高くなっている。そのため、基板２のクロック信号発生回路１４とマイコン１６との間にクロック信号伝送路２５を形成すると、そのパターン２５ｐからクロック信号の周波数成分を持つノイズが放射され、車両に設置されたラジオ、テレビなどの受信機器に障害を引き起こす虞がある。また、パターン２５ｐと他のパターンとの間の結合により、信号線にノイズが重畳する虞もある。

これに対し、本実施形態では、パターン２５ｐの途中に制限抵抗２６を設けたので、放射されるノイズのエネルギーを低減できる。また、クロック信号発生回路１４の出力端子１４ａと制限抵抗２６との間のパターン長を極力短くしたので、パターン２５ｐからの放射エネルギーを一層低減できる。さらに、パターン２５ｐは、幅の太いグランドパターン２８により包囲されているので、シールド効果により電磁ノイズおよび／または静電ノイズを低減できる。

（その他の実施形態）
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形、拡張を行うことができる。
制限抵抗２６および／または図３に示したレイアウトパターンは、実際に放射されるノイズに基づいて必要に応じて採用すればよい。

スイッチ回路は、電源電圧ＶＢの喪失により入出力間を電気的に遮断する機能を備えていれば、上述したスイッチ回路２７に限られない。例えば、ＭＯＳトランジスタを用いて構成してもよいし、バッファまたはインバータを用いて構成してもよい。

電源スイッチは、キーシリンダのキーの回動位置に連動するものに限られない。例えば、外部から通信により送られてくる信号に応じてオンオフし、或いは所定の動作条件が成立したときにオンオフするように構成してもよい。

図面中、２は回路配線基板、６はコネクタ（電源端子）、８は第１の電源回路、９は第２の電源回路、１０、１１、１２は電源線、１３は電源スイッチ、１９はタイマカウンタ（測定回路）、２５はクロック信号伝送路、２５ｐはクロック信号伝送路のパターン、２６は制限抵抗、２７はスイッチ回路、２８はグランドパターン、２９は分圧回路、３０はトランジスタ、３１は抵抗である。

Claims (5)

1. 電源端子（６）にバッテリ電圧が与えられると第１の電源電圧を出力する第１の電源回路（８）と、前記電源端子にバッテリ電圧が与えられ且つ前記電源端子から延びる電源線（１２）に介在する電源スイッチ（１３）がオンしているときに第２の電源電圧を出力する第２の電源回路（９）と、前記第１の電源電圧によりクロック信号を生成して出力するクロック信号発生回路（１４）とを備えた車載電子機器に設けられるクロック信号のセルフ検査回路であって、
   前記第２の電源電圧により前記クロック信号を測定する測定回路（１９）と、
   前記クロック信号発生回路の出力端子から前記測定回路の入力端子に至るクロック信号伝送路（２５）に設けられ、前記第２の電源回路が前記第２の電源電圧を出力していないときに前記クロック信号発生回路の出力端子と前記測定回路の入力端子との間を電気的に遮断するスイッチ回路（２７）とを備えていることを特徴とするクロック信号のセルフ検査回路。
2. 前記クロック信号発生回路と前記スイッチ回路との間の前記クロック信号伝送路に、当該クロック信号伝送路に流れる電流を、前記スイッチ回路が正常に動作するのに必要な最小限の範囲内の電流に低減させる制限抵抗（２６）を介在させたことを特徴とする請求項１記載のクロック信号のセルフ検査回路。
3. 前記第１の電源回路、前記第２の電源回路、前記クロック信号発生回路、前記測定回路、前記制限抵抗および前記スイッチ回路は回路配線基板（２）に形成され、
   前記制限抵抗は前記クロック信号発生回路の出力端子に近接して配置され、
   前記クロック信号発生回路と前記スイッチ回路との間の前記クロック信号伝送路のパターン（２５ｐ）は、グランドパターン（２８）により包囲されていることを特徴とする請求項２記載のクロック信号のセルフ検査回路。
4. 前記回路配線基板が内層を持つ多層構造である場合、前記クロック信号発生回路と前記スイッチ回路との間の前記クロック信号伝送路のパターンの少なくとも一部を内層に設け、その内層のパターンを外層のグランドパターンで覆うことを特徴とする請求項３記載のクロック信号のセルフ検査回路。
5. 前記スイッチ回路は、前記クロック信号伝送路を通して与えられるクロック信号の電圧を分圧する分圧回路（２９）と、その分圧電圧をベース電圧とするエミッタ接地されたトランジスタ（３０）と、当該トランジスタのコレクタと前記第２の電源電圧の電源線（１１）との間に接続された抵抗（３１）とから構成されていることを特徴とする請求項１ないし４の何れかに記載のクロック信号のセルフ検査回路。

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