JP2018207197A - クロック冗長システム - Google Patents

Abstract

【課題】 簡易な構成により、効率的に位相跳躍を減少させる事ができるクロック冗長システムを提供する。
【解決手段】 本発明は、第１のクロック制御装置及び第２のクロック制御装置を有し、各クロック制御装置は、外部から供給されたクロックを受信するクロック受信部と、運用系のクロックを選択するセレクタ部と、選択したクロックを、所定倍の周波数に変換するＰＬＬ部と、変換したクロックを、変換前のクロックの周波数にＰ分周（Ｐは自然数）し、この際のカウント値を出力する分周カウンタを備え、分周クロックの立ち上がりエッジに同期した同期パルスを両系で送受信するクロック同期部とを有し、待機系のクロック同期部は、運用系の同期パルスを受信すると、該同期パルス及び分周カウンタに基づき、自系の分周するクロックの位相を制御することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、クロック冗長システムに関し、例えば、２重化冗長構成（運用系／待機系）のクロック制御装置を有するクロック冗長システムに適用し得るものである。

例えば、電話交換機における運用系と待機系を有するクロック冗長システムにおいては、運用系及び待機系の電話交換機（クロック制御装置）のそれぞれにクロック供給装置よりクロックが入力され、運用系クロックが音声処理の基準クロックとして用いられる。しかしながら、運用系が切り替わる際に、両系のクロックの位相がずれてしまい（位相跳躍が発生し）、音声にノイズが重畳されてしまうことがあった。

一般的なクロック同期方法として、クロック供給装置からのクロックを運用系と待機系それぞれに供給し、ＰＬＬ回路を通して、例えば、２５ＭＨｚなどの高周波数に変換し、ＰＬＬ出力の２５ＭＨｚを分周したものを同期クロックとして用いる方法が存在する（他にも、位相跳躍を抑える技術として、特許文献１に記載の技術も存在する）。

特開２０１５−１４４３４８号公報

しかしながら、従来の一般的な構成では、分周時に位相情報（他系の位相情報）を保持していないため、そのまま分周すると系間で位相が異なってしまい、結局の所、位相跳躍を抑える事が出来なかった。また、先述の特許文献１に記載の技術を含む従来の構成は、システム内部の構成が複雑となってしまい、複雑となる割に十分に効果を果たしているとは言い難かった。

そのため、簡易な構成により、効率的に位相跳躍を減少させる事ができるクロック冗長システムが望まれている。

本発明は、第１のクロック制御装置及び第２のクロック制御装置を有し、前記第１のクロック制御装置及び第２のクロック制御装置の内、いずれか一方のクロック制御装置が運用系として動作し、他方のクロック制御装置が待機系として待機するクロック冗長システムにおいて、（１）前記各クロック制御装置は、（２）外部装置から供給されたクロックを受信するクロック受信部と、（３）運用系及び待機系の前記各クロック受信部が受信したクロックの内、運用系の前記クロック受信部が受信したクロックを選択するセレクタ部と、（４）前記セレクタ部が選択したクロックを、所定倍の周波数に変換するＰＬＬ部と、（５）前記ＰＬＬ部にて所定倍の周波数に変換したクロックを、変換前のクロックの周波数にＰ分周（Ｐは自然数）し、この際のカウント値を出力する分周カウンタを備え、分周クロックの立ち上がりエッジに同期した同期パルスを両系で送受信するクロック同期部とを有し、（６）待機系の前記クロック同期部は、運用系の前記クロック同期部から前記同期パルスを受信すると、該同期パルス及び前記分周カウンタに基づき、自系の分周するクロックの位相を制御することを特徴とする。

本発明によれば、簡易な構成により、効率的に位相跳躍を減少させる事ができる。

この実施形態のクロック制御装置の機能的構成、及びその周辺の接続構成（クロック制御システム）について示したブロック図である。 この実施形態の位相カウンタ及び分周クロックの一例を示す図である。 この実施形態の同期パルス受信時の待機系のクロック同期部（位相カウンタ）の処理をイメージ化した図である。 この実施形態のクロックの系が切替わる際の新待機系のクロック同期部（位相カウンタ）の処理をイメージ化した図である。

（Ａ）主たる実施形態
以下、本発明によるクロック制御システムの実施形態を、図面を参照しながら詳述する。ここで、実施形態のクロック制御システムは、冗長構成をなしている２つのクロック制御装置を備えるシステムである。

（Ａ−１）実施形態の構成
（Ａ−１−１）全体構成
図１は、この実施形態のクロック制御装置の機能的構成、及びその周辺の接続構成（クロック制御システム）について示したブロック図である。

図１に示すように、クロック制御システム１は、２台のクロック制御装置１０（１０−１、１０−２）を備えており、この２台のクロック制御装置１０−１、１０−２により冗長構成が組まれている。クロック制御システム１では、クロック制御装置１０−１、１０−２のいずれか一方が運用系（ＡＣＴ系）として動作し、他方が待機系（ＳＢＹ系）として動作するアクティブ・スタンバイの冗長構成が採用されているものとする。なお、クロック制御システム１を構成するクロック制御装置１０の数は限定されないものであるが、少なくとも１台のＡＣＴ系（運用系）と１台のＳＢＹ系（待機系）（計２台）で構成されるものとして説明する。また、クロック制御装置１０は、種々様々な装置に搭載されるものであるが、例えば、電話交換装置に搭載される。この実施形態では、クロック制御装置１０は、運用系と待機系の各電話交換装置に搭載されていることを前提とする。

クロック供給装置５（５−１、５−２）は、クロック制御装置１０−１、１０−２にクロックを供給する装置（外部装置）である。

クロック制御装置１０−１、１０−２は、クロック供給装置５−１、５−２からクロックを受信し、内部でクロックの制御を行い、分周したクロックを図示しない後段の処理部（例えば、音声処理部）に出力する。

（Ａ−１−２）クロック制御装置１０の詳細な構成
クロック制御装置１０は、クロック受信部１１、セレクタ１２、ＰＬＬ部１３、及びクロック同期部１４を有する。

クロック受信部１１は、クロック供給装置５から供給されるクロックを受信し、運用系と待機系の各セレクタ１２（１２−１、１２−２）へ送出する。この実施形態では、クロック供給装置５から供給されるクロック周波数を８ｋＨｚとした場合を例に挙げて説明するが、これに限定されるものでは無い。

セレクタ１２は、運用系と待機系の各クロック受信部１１（１１−１、１１−２）よりクロックを受信し、運用系のクロックを選択し、ＰＬＬ部１３へ送出する。

ＰＬＬ部１３は、セレクタ１２より受け取ったクロックを倍数周波数に変換し、クロック同期部１４へ送出する。この実施形態では、８ｋＨｚの３１２５倍である２５ＭＨｚに変換した場合を例に挙げて説明するが、これに限定されるものでは無い。

クロック同期部１４は、ＰＬＬ部１３で２５ＭＨｚに変換したクロックを後述する位相カウンタＣを用いて、再度８ｋＨｚのクロックに分周する。また、その際、クロック同期部１４は、他系に対し、分周したクロックの立ち上がりエッジに同期したパルス（同期パルスＰ）を送出する。待機系のクロック同期部１４は、他系（運用系）から受信した同期パルスＰを基に位相カウンタＣを動作させる。運用系と待機系のクロック同期部１４から出力されるクロックは、運用系クロックを基に同期されたクロックとなる。待機系のクロック同期部１４が、同期パルスＰを利用して位相カウンタＣを動作させる詳細については、動作の項で説明する。

なお、運用系のクロック同期部１４は、待機系から同期パルスＰを受信したとしても、待機系と異なり、位相カウンタＣを動作させない。また、クロック同期部１４は、同期パルスＰの送出については、自身が運用系だった場合のみ行っても良い。

図２は、この実施形態の位相カウンタ及び分周クロックの一例を示す図である。図２（Ａ）では、位相カウンタＣ（２５ＭＨｚのクロックを分周するカウンタ）は、３１２５の段数が示されている。位相カウンタＣの段数は、ＰＬＬ部１３で３１２５倍の周波数に変換したので、３１２５となる。クロック同期部１４は、位相カウンタＣの「０〜１５６２」の範囲をＨｉ、「１５６３〜３１２４」の範囲をＬｏｗとして送出レベルを決定する。図２（Ｂ）では、分周された８ｋＨｚのクロック周波数の例が示されている。

また、クロック同期部１４は、クロックの系が切替わる際（クロック制御装置１０−１、１０−２の運用系と待機系が切替わる際）には、閾値Ｌ（Ｌ１、Ｌ２）と位相カウンタＣ（Ｃ１、Ｃ２）とを比較して、その比較した結果に応じて、位相補填を実施する。閾値Ｌ（Ｌ１、Ｌ２）及び位相補填の詳細については動作の項で述べる。

（Ａ−２）実施形態の動作
次に、以上のような構成を有するこの実施形態のクロック制御システム１（クロック制御装置１０−１、１０−２）の動作について説明する。以下では、クロック制御装置１０−１が運用系であり、クロック制御装置１０−２が待機系の状態から動作を開始したことを前提とする。

（Ａ−２−１）通常時のクロック制御装置１０の動作について
まず、運用系のクロック制御装置１０−１の動作から説明する。

クロック供給装置５−１から送出されたクロックは、クロック受信部１１−１にて受信され、運用系のセレクタ１２−１と待機系（他系）のセレクタ１２−２に送出される。

セレクタ１２−１では、運用系のクロック受信部１１−１及び待機系のクロック受信部１１−２から各クロックが入力されるが、運用系のクロック（運用系のクロック受信部１１−１から入力されたクロック）が選択されて、ＰＬＬ部１３−１に当該クロックが送出される。ＰＬＬ部１３−１では、クロックが倍数周波数に変換され、クロック同期部１４−１へ送出される。

クロック同期部１４−１にて、ＰＬＬ部１３−１からのクロックを基に位相カウンタＣ１が生成され、分周される。分周されたクロックの立ち上がりエッジのパルス（同期パルスＰ）が待機系のクロック同期部１４−２に送出される。

次に、待機系のクロック制御装置１０−２の動作を説明する。

クロック供給装置５−２から送出されたクロックは、クロック受信部１１−２にて受信され、運用系（他系）のセレクタ１２−１と待機系のセレクタ１２−２に送出される。

セレクタ１２−２では、運用系のクロック受信部１１−１及び待機系のクロック受信部１１−２から各クロックが入力されるが、運用系のクロック（運用系のクロック受信部１１−１から入力されたクロック）が選択されて、ＰＬＬ部１３−２に当該クロックが送出される。ＰＬＬ部１３−２では、クロックが倍数周波数に変換され、クロック同期部１４−２へ送出される。

クロック同期部１４−２にて、ＰＬＬ部１３−２からのクロックを基に位相カウンタＣ２が生成され、分周される。分周されたクロックの立ち上がりエッジのパルス（同期パルスＰ）が運用系のクロック同期部１４−１に送出される。

また、待機系のクロック同期部１４−２は、運用系のクロック同期部１４−１から同期パルスＰを受信すると、位相カウンタＣ２を動作（カウンタ値に「０」をセット）させる。

図３は、この実施形態の同期パルス受信時の待機系のクロック同期部（位相カウンタ）の処理をイメージ化した図である。図３（Ｃ）では、運用系の位相カウンタＣ１の例が示されている。運用系のクロック同期部１４−１は、分周したクロックの立ち上がりエッジに同期した同期パルスＰ（例えば、２５ＭＨｚの２クロック分のパルス）を、待機系に送出する。図３（Ｂ）では、送出した同期パルスＰの例が示されている。図３（Ａ）では、待機系のクロック同期部１４−２に入力される２５ＭＨｚのクロックと、分周に用いる待機系の位相カウンタＣ２の例が示されている。２５ＭＨｚの１クロックに応じて、位相カウンタＣ２が「０」からカウントアップしている例が示されている。ただし、待機系の位相カウンタＣ２では、同期パルスＰを受信すると、位相カウンタＣ２をリセット(「０」をセット)する。同期パルスＰは、位相カウンタＣ１が「０」の時点で送信される信号であるため、この同期パルスＰの受信により位相カウンタＣ２を「０」にすると、両カウンタは一致することになる。即ち、運用系と待機系のクロックの位相補填が実施され、同期が取れることになる。なお、クロック同期部１４−１とクロック同期部１４−２間における同期パルスＰの送受信間の処理（処理時間）は、無視できる程のものである。以上の処理を行うことにより、運用系と待機系のクロック同期部１４（１４−１、１４−２）で分周を行ったとしても位相のズレを修正できる（両系間で同期が取れる）ことになる。

（Ａ−２−２）系の切替わり時のクロック制御装置の動作について
次に、クロック制御装置１０−１が運用系から待機系（新待機系）に、クロック制御装置１０−２が待機系から運用系（新運用系）に系が切り替わった際の動作（新待機系のクロック同期部１４−１の動作）について説明する。

クロックの系が切替わる際には、新待機系のクロック同期部１４−１は、位相カウンタＣ１で位相補填を実施する。図４は、この実施形態のクロックの系が切替わる際の新待機系のクロック同期部（位相カウンタ）の処理をイメージ化した図である。まず、新待機系のクロック同期部１４−１は、新運用系のクロック同期部１４−２からの同期パルスＰを基に位相判定（同期パルスＰが閾値Ｌ１の範囲内か否かの判定）を行う。図４（Ａ）は、同期パルスＰが閾値Ｌ１の範囲外にある場合の処理を示し、図４（Ｂ）は、同期パルスＰが閾値Ｌ１の範囲内である場合の処理を示している。例えば、閾値Ｌ１には、「３１２２」、「３１２３」、「３１２４」、「０」、「１」、「２」の６クロック分の範囲が予め定められているものとする。そうすると、新待機系のクロック同期部１４−１は、同期パルスＰの受信時の位相カウンタＣ１の値が閾値Ｌ１の範囲内であるか否か判定する。そして、新待機系のクロック同期部１４−１は、位相カウンタＣ１の値が閾値Ｌ１の範囲外であれば、同期パルスＰを基に位相保持（同期パルスＰに合わせて位相カウンタＣ１に「０」セット）を実施し、分周クロックを図示しない音声処理部に送出する。

一方、新待機系のクロック同期部１４−１は、位相カウンタＣ１の値が閾値Ｌ１の範囲内であれば、新運用系と位相のズレは生じていないと判断し、ＰＬＬ部１３−１からのクロックを基にした分周クロックを、図示しない音声処理部に送出する。

（Ａ−３）実施形態の効果
この実施形態によれば、運用系と待機系のクロック制御装置１０が、ＰＬＬ部１３の後段に、クロック同期部１４を有し、両系間で位相情報（同期パルスＰ）をやりとりし、待機系のクロック同期部１４が同期パルスＰを基に位相カウンタＣを制御する事により、運用系に位相を一致させることが可能となった。

さらに、２台のクロック制御装置１０の系が切替わる際には、新待機系のクロック同期部１４は、新運用系からの同期パルスＰを基に、位相カウンタＣが閾値Ｌの範囲（倍数周波数の前後数クロックの範囲）内であるか否か判定し、当該範囲内あれば、両系間で同期は取れているものと判断し、位相一致は行な無わず、範囲を外れていた場合には、位相一致を行う事とした。これにより、クロック制御装置１０は、簡易な構成により、無駄な処理を省き、効率的な位相跳躍の発生を防止する事が可能となった（同期クロックの実現が可能となった）。

１…クロック制御システム、５（５−１、５−２）…クロック供給装置、１０（１０−１、１０−２）…クロック制御装置、１１（１１−１、１１−２）…クロック受信部、１２（１２−１、１２−２）…セレクタ、１３（１３−１、１３−２）…ＰＬＬ部、１４（１４−１、１４−２）…クロック同期部、Ｃ（Ｃ１、Ｃ２）…位相カウンタ、Ｌ（Ｌ１、Ｌ２）…閾値、Ｐ…同期パルス。

Claims (2)

1. 第１のクロック制御装置及び第２のクロック制御装置を有し、前記第１のクロック制御装置及び第２のクロック制御装置の内、いずれか一方のクロック制御装置が運用系として動作し、他方のクロック制御装置が待機系として待機するクロック冗長システムにおいて、
   前記各クロック制御装置は、
   外部装置から供給されたクロックを受信するクロック受信部と、
   運用系及び待機系の前記各クロック受信部が受信したクロックの内、運用系の前記クロック受信部が受信したクロックを選択するセレクタ部と、
   前記セレクタ部が選択したクロックを、所定倍の周波数に変換するＰＬＬ部と、
   前記ＰＬＬ部にて所定倍の周波数に変換したクロックを、変換前のクロックの周波数にＰ分周（Ｐは自然数）し、この際のカウント値を出力する分周カウンタを備え、分周クロックの立ち上がりエッジに同期した同期パルスを両系で送受信するクロック同期部とを有し、
   待機系の前記クロック同期部は、運用系の前記クロック同期部から前記同期パルスを受信すると、該同期パルス及び前記分周カウンタに基づき、自系の分周するクロックの位相を制御する
   ことを特徴とするクロック冗長システム。
2. 前記クロック同期部は、前記第１のクロック制御装置及び第２のクロック制御装置の系が切り替わり、新たに待機系となった場合には、前記同期パルスの受信時における前記分周カウンタのカウント値が所定の範囲内であるか否か判定を行い、
   前記クロック同期部は、前記カウント値が所定の範囲外である場合には、新運用系の分周クロックと位相を一致させるように、自系の分周するクロックの位相を制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載のクロック冗長システム。
   

Images