JP3042451B2 - 発振回路内蔵型マイクロコンピュータ及び発振回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロコンピュ
ータに関し、特に、水晶発振子やセラミック発振子とし
て発振子を使用する発振回路を内蔵するマイクロコンピ
ュータ及び発振回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】マイクロコンピュータ（以下「マイコ
ン」と略記する）は内部信号をクロックに同期させてそ
の動作を制御している。クロックの生成において、水晶
発振回路を内蔵したマイコンでは、水晶発振子を接続し
てクロックを生成したり、外部よりクロックを入力する
などしている。

【０００３】図４に、従来の発振回路の構成の一例を示
す。図４を参照すると、発振回路４００は、水晶振動子
を使用する場合、端子Ｘ１、Ｘ２の間に水晶発振子（不
図示）を接続し、端子Ｘ１、及びＸ２に入力端、及び出
力端がそれぞれ接続された反転素子１０１とで発振動作
を行い、バッファ素子１０３からクロックを出力する。
なお、図４を参照して、反転素子１０１の入力端と出力
端の間には抵抗素子１０２が接続されている。

【０００４】一方、外部よりクロックを入力する場合に
は、端子Ｘ１とＸ２に逆相の信号を入力し、バッファ素
子１０３からクロックを出力する。

【０００５】水晶発振子を用いるか、外部クロックを用
いるかは、マイコンを使用する条件により決まり、それ
ぞれの場合に適したものを選択する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の発振回
路においては、外部クロックを使用する場合、Ｘ１とＸ
２に逆相信号を入力しなければならない。すなわち、マ
イコンの外部において、反転素子が必要になる。その理
由は以下に説明する通り、発振回路４００の設計におい
て、反転素子１０１の出力特性と発振特性などの関係し
ている。

【０００７】例えば端子Ｘ１のみに外部クロックを入力
させてバッファ素子１０３を動作させるためには、反転
素子１０１の出力特性をよくする必要がある。

【０００８】こうすると、水晶発振子を用いた場合、反
転素子１０１の出力特性が良好であるため目的の発振周
波数よりも高い周波数で発振する場合がある。

【０００９】また、マイコンの消費電流が必要以上に大
きくなってしまう。

【００１０】一方、端子Ｘ２のみに外部クロックを入力
する場合には、反転素子１０１の入力に、抵抗素子１０
２を介して端子Ｘ２のクロックが伝わるために、端子Ｘ
２のクロックと、反転素子１０１の出力がぶつかりあ
い、クロックが不安定になってしまう。

【００１１】これを防止するために、例えば特開平６−
１９５７０号公報には、端子Ｘ２と反転素子１０１の間
にスイッチ素子を挿入し、クロックのぶつかりを防止す
るようにした発振回路が提案されている。

【００１２】この従来の発振回路においては、端子Ｘ２
からの外部クロックとバッファ素子１０１の出力とのぶ
つかりを防止することはできるが、しかし、端子Ｘ１を
外部と接続しない場合、抵抗素子１０２で、反転素子１
０１の入力と出力とが接続されているため、反転素子１
０１において、無用な電流が消費されてしまうことにな
る。

【００１３】また、端子Ｘ１を外部で固定電位に接続し
たとしても、反転素子１０１の出力から、抵抗素子１０
２を介して、無用な電流が流れてしまう。

【００１４】したがって、本発明は、上記問題点に鑑み
てなされたものであって、その目的は、発振回路を外部
クロックで動作させる際に、接続端子に逆相信号を入力
しなくても確実に内部にクロックを供給することを可能
とした発振回路及び発振回路を内蔵するマイクロコンピ
ュータを提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明のマイコンは、第１及び第２の外部接続端子
と、前記第１の外部接続端子を入力端に接続した反転素
子と、前記反転素子の出力端と前記第２の外部接続端子
との接続を制御する第１のスイッチ手段と、前記第１の
外部接続端子に一端が接続された抵抗素子と、前記抵抗
素子の他端と前記第２の外部接続端子との接続を制御す
る第２のスイッチ手段と、前記第１の外部接続端子の固
定電位への接続を制御する第３のスイッチ手段と、外部
クロック選択信号を入力し、前記第１、第２、第３のス
イッチ手段のオン・オフを制御する外部入力端子と、前
記第２の外部接続端子に入力端を接続し出力を発振出力
端に接続したバッファ素子と、を備え、外部クロック選
択時には、前記第１、第２のスイッチ手段がオフし、前
記第３のスイッチ手段がオンして前記反転素子の出力端
と前記抵抗素子の他端とを前記第２の外部接続端子から
切り離し、前記第３のスイッチ手段がオンして前記第１
の外部接続端子を固定電位に固定し、前記第２の外部接
続端子にのみ入力された外部クロック信号が前記バッフ
ァ素子を介して出力され、外部クロック非選択時には、
前記第１、第２のスイッチ手段がオンし、前記第３のス
イッチ手段がオフし、前記第１、第２の外部接続端間に
発振子を接続し、前記反転素子及び前記抵抗素子との閉
回路にて発振動作を行い、前記バッファ素子から発振出
力が出力される、ように構成されてなる発振回路を内蔵
する。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について以下
に説明する。本発明のマイコンは、その好ましい実施の
形態において、第１の外部接続端子（Ｘ１）および第２
の外部接続端子（Ｘ２）と、第１の外部接続端子（Ｘ
１）を入力端に接続した反転素子（図１の１０１）と、
反転素子の出力端と第２の外部接続端子（Ｘ２）と接続
を制御する第１のスイッチ手段（図１の１０４）と、第
１の外部接続端子（Ｘ１）に一端が接続された抵抗素子
（図１の１０２）と、抵抗素子（図１の１０２）の他端
と第２の外部接続端子（Ｘ２）との接続を制御する第２
のスイッチ手段（図２の１０５）と、第１の外部接続端
子（Ｘ１）の固定電位（ＧＮＤ電位）への接続を制御す
る第３のスイッチ手段（図１の１０６）と、外部クロッ
ク選択信号を入力し、第１、第２、第３のスイッチ手段
のオン・オフを制御する外部入力信号端子（Ｉｎ）と、
第２の外部接続端子（Ｘ２）に入力端を接続し出力を発
振出力端に接続したバッファ素子（図１の１０３）と、
を備え、外部クロック選択時には、第１、第２のスイッ
チ手段がオフし、第３のスイッチ手段がオンし、第２の
外部接続端子（Ｘ２）から入力されたクロック（ＣＬ
Ｋ）がそのまま発振出力（φ）として出力され、外部ク
ロック非選択時には、前記第１、第２のスイッチ手段が
オンし、第３のスイッチ手段がオフし、第１、第２の外
部接続端子（Ｘ１、Ｘ２）間に、水晶発振子を接続し、
発振回路との閉回路にて発振動作を行い、発振出力
（φ）が出力される。

【００１７】

【実施例】上記した本発明の実施の形態について更に詳
細に説明すべく、本発明の実施例を図面を参照して以下
に説明する。

【００１８】［実施例１］図１は、本発明の第１の実施
例の構成を示すブロック図である。図１を参照すると、
本実施例は、外部接続端子Ｘ１、及び、外部接続端子Ｘ
２と、外部端子Ｘ１を入力端に接続した反転素子１０１
と、反転素子１０１の出力端と端子Ｘ２との間に挿入さ
れた第１のスイッチ素子１０４と、外部接続端子Ｘ１に
一端が接続された抵抗素子１０２と、抵抗素子１０２の
他端と外部接続端子Ｘ２との間に挿入された第２のスイ
ッチ素子１０５と、外部接続素子Ｘ１とグランド端子間
に挿入された第３のスイッチ素子１０６と、前記第１、
２、３のスイッチ素子１０４、１０５、１０６のオン・
オフを選択する外部入力信号端子Ｉｎと、第２の外部接
続端子Ｘ２の信号を発振回路の外部に出力するバッファ
素子１０３と、を備え、第３のスイッチ素子１０６の制
御端子には、外部入力端子Ｉｎに入力された外部クロッ
ク選択信号がそのまま供給され、また第１のスイッチ素
子１０４、及び第２のスイッチ素子１０５の制御端子に
は、外部入力端子Ｉｎに入力された外部クロック選択信
号を反転素子１０７で反転した信号が供給される。

【００１９】本発明の第１の実施例の動作について以下
に説明する。

【００２０】外部入力端子Ｉｎに外部クロック選択信号
が入力されると、第１のスイッチ素子１０４と、第２の
スイッチ素子１０５がともにオフ状態となって両端を遮
断し、第３のスイッチ素子１０６はオン状態となって両
端を接続する。

【００２１】このとき、外部接続端子Ｘ２には、バッフ
ァ素子１０３の入力のみが接続される。また、外部接続
端子Ｘ１は、第３のスイッチ素子１０６によりグランド
電位（接地電位）に固定され、反転素子１０１の入力
と、抵抗素子１０２にその電位が伝わり、反転素子１０
１の出力はハイレベルに固定され、抵抗素子１０２はグ
ランド電位に固定される。

【００２２】一方、外部入力端子Ｉｎに外部クロック非
選択信号が入力されると、第１のスイッチ素子１０４と
第２のスイッチ素子１０５はともにオン状態となって両
端を接続し、第３のスイッチ素子１０６はオフ状態とな
り両端を遮断する。

【００２３】このとき、反転素子１０１と抵抗素子１０
２と外部接続端子Ｘ１、Ｘ２とで発振回路が構成され
る。

【００２４】図２（ａ）に、外部クロック非選択時のブ
ロック図を、図２（ｂ）に、外部クロックＣＬＫを選択
した時のブロック図を示す。

【００２５】図２（ａ）を参照すると、外部クロック非
選択時には、外部接続端子Ｘ１、Ｘ２間に、水晶発振子
２０１を接続し、発振回路１００との閉回路にて発振動
作を行い、発振出力φが出力される。

【００２６】外部クロック選択時には、図２（ｂ）を参
照すると、外部接続端子Ｘ２からのクロックＣＬＫがそ
のまま発振出力φとして出力される。

【００２７】［参考例］ 図３は、本発明の参考例の構成を示すブロックである。
前記第１の実施例では、端子Ｘ２と反転素子１０１をス
イッチ素子１０４にて接続／遮断していたが、この参考
例においては、反転素子１０１そのものにスイッチの機
能を内蔵し、また抵抗素子１０２そのものにもスイッチ
の動作を含むように構成したものである。

【００２８】すなわち、図３を参照して、反転素子は、
ゲート端子が外部接続端子Ｘ１に接続されドレイン端子
同士が接続されて外部接続端子Ｘ２に接続されたＰチャ
ネルトランジスタ３０２、及びＮチャネルトランジスタ
３０３と、電源端子とＰチャネルトランジスタ３０２の
ソース端子の間に挿入されたＰチャネルトランジスタ３
０１と、グランド端子とＮチャネルトランジスタ３０３
のソース端子間に接続されたＮチャネルトランジスタ３
０４とを備えてなるインバータ回路（クロックドインバ
ータ）として構成され、Ｎチャネルトランジスタ３０４
のゲート端子には、外部入力端子Ｉｎに入力した信号を
反転素子１０７で反転した信号が供給され、Ｐチャネル
トランジスタ３０１のゲート端子には、反転素子１０７
の出力を更に反転素子３０６で反転した信号（外部入力
端子Ｉｎの入力信号と同一論理）が供給される。また図
１の抵抗素子１０２と第２のスイッチ素子１０５は、外
部接続端子Ｘ１と反転素子の入力との接続点ｎ１と、外
部接続端子Ｘ２と反転素子の出力の接続点ｎ２との間に
接続されたＮチャネルトランジスタ３０５からなり、Ｎ
チャネルトランジスタ３０５のゲート端子は、外部入力
端子Ｉｎに入力された信号を反転素子１０７で反転した
信号が供給され、図１の抵抗素子１０２は、Ｎチャネル
トランジスタ３０５のオン抵抗で実現されている。

【００２９】この参考例においては、このような構成と
したことにより、外部クロック選択時に、外部接続端子
Ｘ１を接地電位に固定するための前記第１の実施例にお
ける、第３のスイッチ素子１０６が不要となる。

【００３０】図３を参照して、外部クロックを使用する
場合、外部入力端子Ｉｎに入力される外部クロック選択
信号がＨｉｇｈレベルとし、Ｎチャネルトランジスタ３
０４、Ｐチャネルトランジスタ３０１が共にオフ状態と
なり、またＮチャネルトランジスタ３０５もオフ状態と
なり、外部接続端子Ｘ２は、バッファ素子１０３の入力
のみが接続される。

【００３１】一方、水晶振動子を使用する場合には、外
部入力端子Ｉｎに入力される外部クロック選択信号をＬ
ｏｗレベルとし、この時、Ｎチャネルトランジスタ３０
４、Ｐチャネルトランジスタ３０１が共にオン状態とな
り、インバータ回路が活性化されて入力を反転出力し、
またＮチャネルトランジスタ３０５もオン状態となり抵
抗素子として機能する。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
発振回路にスイッチ素子を挿入し、発振回路内部におい
て外部接続端子Ｘ２への出力を該スイッチを介して切り
離すことにより、外部クロックを使用する場合に、外部
接続端子Ｘ２にのみ外部クロックを入力するだけでよく
なる。このため、本発明によれば、外部接続端子Ｘ１と
Ｘ２に反転信号を入力する必要がなくなり、マイコンの
外部素子を縮減することができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例のマイコンの発振回路の
構成を示すブロック図である。

【図２】（ａ）は、第１の実施例の外部クロック非選択
時のブロック図である。（ｂ）は、第１の実施例の外部
クロック選択時のブロック図である。

【図３】本発明の参考例の発振回路の構成を示すブロッ
ク図である。

【図４】従来の発振回路の構成を示すブロック図であ
る。

【符号の説明】

１００、３００、４００ 発振回路 １０１、１０７、３０６ 反転素子 １０２ 抵抗素子 １０３ バッファ素子 １０４、１０５、１０６ スイッチ素子 ２０１ 水晶発振子 ３０１、３０２ Ｐチャネルトランジスタ ３０３、３０４、３０５ Ｎチャネルトランジスタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G06F 1/04 G06F 15/78 510 H03B 5/32

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１及び第２の外部接続端子と、 前記第１の外部接続端子を入力端に接続した反転素子
   と、 前記反転素子の出力端と前記第２の外部接続端子との接
   続を制御する第１のスイッチ手段と、 前記第１の外部接続端子に一端が接続された抵抗素子
   と、 前記抵抗素子の他端と前記第２の外部接続端子との接続
   を制御する第２のスイッチ手段と、 前記第１の外部接続端子の固定電位への接続を制御する
   第３のスイッチ手段と、 外部クロック選択信号を入力し、前記第１、第２、第３
   のスイッチ手段のオン・オフを制御する外部入力端子
   と、 前記第２の外部接続端子に入力端を接続し出力を発振出
   力端に接続したバッファ素子と、 を備え、 外部クロック選択時には、前記第１、第２のスイッチ手
   段がオフし、前記第３のスイッチ手段がオンして前記反
   転素子の出力端と前記抵抗素子の他端とを前記第２の外
   部接続端子から切り離し、前記第３のスイッチ手段がオ
   ンして前記第１の外部接続端子を固定電位に固定し、前
   記第２の外部接続端子にのみ入力された外部クロック信
   号が前記バッファ素子を介して出力され、 外部クロック非選択時には、前記第１、第２のスイッチ
   手段がオンし、前記第３のスイッチ手段がオフし、前記
   第１、第２の外部接続端間に発振子を接続し、前記反転
   素子及び前記抵抗素子との閉回路にて発振動作を行い、
   前記バッファ素子から発振出力が出力される、 ように構成されてなることを特徴とする発振回路。
2. 【請求項２】請求項１に記載の前記発振回路を含むマイ
   クロコンピュータ。