JP3842880B2 - クロックの周波数異常検出回路および方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、クロックの周波数異常検出回路および方法に係り、外部から基準クロックを受信する電子回路装置において、入力される基準クロックの周波数の異常を検出するものであって、簡易な構成で検出の精度を任意に設定できるクロックの周波数異常検出回路および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に電子回路は、基準となるクロックを持ち、それを基準として各構成部品が動作するようになっている。このクロックは、タイミングの基準となるものなので一様でなければならず、その周波数に異常があるとその回路は誤動作し、正常な動作を期すことができない。したがって、特に、外部から基準となるクロックを入力するときには、その周波数の異常を検出することが必要である。
【０００３】
このようなクロックの周波数異常を検出する技術としては、特開平６−２９８００号公報に「クロック異常検出回路」として開示されている。この技術によれば、入力基準クロックと、正常時の入力基準クロックと同じ出力周波数の発振器出力クロックとを比較することにより、クロックの異常を検出していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術は、クロックの周波数異常を検出するために、正常時のクロックを用意し、それと外れるものは異常と判断すると言う発想に基づいている。そのため、複数の入力基準クロックが入力され、それらの周波数の異常を検出しようとする際には、正常時の入力基準クロックと同じ出力周波数の発振器がそれぞれ必要になり、回路規模の増大につながるという問題点があった。また、異常検出する周波数範囲も回路規模の制限により、任意に設定することができないと言う問題点があった。
【０００５】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、その目的は、外部から入力する周波数の異常を検出する回路において、複数の外部クロックを入力する場合であっても、一つの発振器のみの簡易な構成で、その周波数異常を検出することのできる周波数検出異常回路および方法を提供することにある。また、それによりＬＳＩ化が容易であり、装置の小型化に寄与する周波数検出異常回路および方法を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係るクロックの周波数異常検出回路の構成は、外部からクロックを入力して、そのクロックの異常を検出するクロックの周波数異常検出回路において、内部発振器を有し、その内部発振器の発生するクロックを基準として、ウインドウパルスを生成し、そのウインドウパルスによって規定される監視ウインドウを定め、かつ、外部から入力されるクロックから被検出パルスを生成して、その被検出パルスが前記監視ウインドウ内に有るか否かによってその外部から入力されるクロックの周波数異常を判定するようにしたものである。
【０００７】
より詳しくは、上記クロックの周波数異常検出回路において、分周カウンタと、異常監視カウンタとを有し、この異常監視カウンタは、前記内部発振器の発生するクロックを基準として、監視周期タイミングを定める監視周期パルスを生成し、この監視周期タイミングの始点と、前記監視ウインドウの部までの時間をＴ[s]としたときに、監視周期タイミングの始点からＴ[s]経過後に、前記被検出パルスを発生させ、かつ、前記分周カウンタは、監視周期タイミングでリセットされる動作をする回路であり、しかも、この監視周期タイミングと前記監視ウインドウの幅とが任意に設定できるようにしたものである。
【０００８】
次に、上記目的を達成するために、本発明に係るクロックの周波数異常検出方法の構成は、外部からクロックを入力して、そのクロックの異常を検出するクロックの周波数異常検出回路に用いる周波数異常検出方法において、このクロックの周波数異常検出回路は、内部発振器を有し、その内部発振器の発生するクロックを基準として、ウインドウパルスを生成し、そのウインドウパルスによって規定される監視ウインドウを定め、かつ、外部から入力されるクロックから被検出パルスを生成して、その被検出パルスが前記監視ウインドウ内に有るか否かによってその外部から入力されるクロックの周波数異常を判定するようにしたものである。
【０００９】
より詳しくは、上記クロックの周波数異常検出方法において、上記クロックの周波数検出回路は、さらに、分周カウンタと、異常監視カウンタとを有し、この異常監視カウンタは、前記内部発振器の発生するクロックを基準として、監視周期タイミングを定める監視周期パルスを生成し、この監視周期タイミングの始点と、前記監視ウインドウの中心部までの時間をＴ[s]としたときに、監視周期タイミングの始点からＴ[s]経過後に、前記被検出パルスを発生させ、かつ、前記分周カウンタは、監視周期タイミングでリセットされる動作をする回路であり、しかも、この監視周期タイミングと前記監視ウインドウの幅とが任意に設定できるようにしたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を、図１および図２を用いて説明する。
図１は、本発明のクロックの周波数異常検出回路の構成を示すブロック図である。
図２は、本発明のクロックの周波数異常検出回路の動作を説明するタイミングチャートである。
【００１１】
〔クロックの周波数異常検出回路の構成〕
本実施形態のクロックの周波数異常検出回路は、図１に示すように内部発振器０、異常監視カウンタ１、ウインドウ生成部２、分周カウンタ３、比較器４、被検出パルス生成用デコード回路５、ウインドウ生成用デコード回路６、監視周期タイミング用デコード回路７からなっている。
【００１２】
内部発振器０は、外部から入力されるクロックの異常を検出するための内部クロックを生成する。この内部発振器０は、安定度の高いものでなければならない。
【００１３】
異常監視カウンタ１は、内部発振器０からの出力クロックで順次カウントアップするカウンタである。この異常監視カウンタ１より、後に説明するウインドウ生成タイミングに関するパルスと監視周期パルスとが出力される。
【００１４】
ウインドウ生成用デコード回路６は、異常監視カウンタから出力されるパルスに従って、ウインドウ生成タイミングセットパルスとウインドウ生成タイミングリセットパルスを出力する。
【００１５】
ウインドウ生成部２では、入力されるセット、リセットタイミングのパルスに従い、ウインドウパルスをセット（”Ｈ”（Ｈｉｇｈ）の状態）したり、リセット（”Ｌ”（Ｌｏｗ）の状態）したりする。ここで、「ウインドウパルス」とは、「監視ウインドウ」の範囲を示すためのパルスであり、監視ウインドウとは、周波数異常を監視するためのタイミング領域を比喩的な用語で表現したものである。
【００１６】
監視周期タイミング用デコーダ回路７は、異常監視カウンタからのパルスを受け、監視周期パルスを発生する回路である。この監視周期パルスは、周波数異常の検出動作の開始を示すタイミングで発生するパルスであり、また、後述する分周カウンタ３をリセットする役割も担っている。
【００１７】
分周カウンタ３は、被検出クロックによって順次カウントアップされるカウンタである。被検出パルス生成用デコード回路５は、分周カウンタ３からの出力を受け、理想的な被検出クロックが入力されたときには、前述したウインドウパルスの中心に被検出パルスを出力するようにタイミング調整される。
【００１８】
このような構成において、外部から入力される被検出クロックの周波数異常は、比較器４により、被検出パルスが監視ウインドウ内にあるか否かにより判断される。すなわち、分周カウンタ３を監視周期パルスによりリセットし、それから、一定時間後に発生する被検出パルスが監視ウインドウの中に含まれるときには正常と判断し、含まれないときには異常と判断する。
【００１９】
〔クロックの周波数異常検出回路の動作概要〕
上で説明したような構成で動作の概要を説明すると以下のようになる。
【００２０】
周波数異常動作の検出開始の基準となるのは、監視周期パルスである。監視周期パルスの周期を２Ｔ[s]としたときに、Ｔ[s]の所を中心として、幅２Ｗ[s]の監視ウインドウを作る。この監視ウインドウ内では、ウインドウパルスが”Ｈ”の状態であり、それ以外の所では、ウインドウパルスが”Ｌ”の状態である。
【００２１】
そして、分周クロック３は、被検出クロックが正常のクロックのときには、被検出パルスが、監視ウインドウの中心部に発生するようにする。
【００２２】
そして、被検出パルスがウインドウ外で発生したときに、被検出クロックの周波数が異常であると判断する。これは、比較器４によって被検出パルスがあったときに、ウインドウパルスがセットされているか否かで判断される。、このようにしておけば、監視周期パルスの出力周期とウインドウパルス幅の設定することにより、周波数異常の検出精度が任意に設定することができる。
【００２３】
〔監視周期タイミングとウインドウパルス幅の設定〕
上で説明したように、被検出クロックの周波数異常は、監視周期タイミング毎に発生する被検出パルスがウインドウパルスがセットされている状態で発生しているかで検出する。
【００２４】
以下、そのための監視周期タイミングとウインドウパルス幅の設定について述べる。これらの値は、被検出クロックの性質と異常検出の精度に影響されることになる。
【００２５】
監視周期タイミングを司る監視周期パルスのクロックは、高安定度の内部発振器を基準として発生させる。高安定度内部発振器の周波数安定度を±Ｉ[ppm]以内、入力される被検出クロックの周波数安定度を±Ｅ[ppm]とした場合、最悪時の被検出クロックと内部発振器のタイミングは（２Ｉ＋Ｅ）[ppm]ずれることになる。
【００２６】
そこで、入力される被検出クロックの周期をＴｏ[s]とした時、監視周期Ｔ[s]と被検出クロックの周期Ｔｏ[s]は、
【００２７】
【数１】
Ｔｏ[s]≦Ｔ[s]×（２Ｉ＋Ｅ）[ppm] … （式１）
となる。したがって、Ｔ[s]の設定は、
【００２８】
【数２】
Ｔ[s]≧Ｔｏ[s]／（２Ｉ＋Ｅ）[ppm] … （式２）
となる。
【００２９】
ここで、異常監視カウンタ１をｎ進カウンタとして、高安定度内部発振器の周期をＴｉ[s]とすると、
【００３０】
【数３】
２Ｔ[s]＝Ｔｉ[s]×ｎ … （式３）
の関係となる。
【００３１】
また、被検出パルス周期をＴｄｅｔ[s]、被検出クロックによる分周カウンタ３をｍ進カウンタとすると、
【００３２】
【数４】
Ｔｄｅｔ[s]＝Ｔｏ[s]×ｍ … （式４）
の関係となる。
【００３３】
被検出クロックによる分周カウンタ３出力の被検出パルス周期Ｔｄｅｔ[s]を、被検出クロックと内部発振器のタイミングのずれが０[ppm]であるときに、監視ウインドウの中心、すなわち、ウインドウパルスがセットされている領域の中心に出力される様に設定する。
【００３４】
すなわち、被検出クロックと内部発振器のタイミングのずれが０[ppm]であるときには、以下の関係が成立するようにするわけである。
【００３５】
【数５】
Ｔｄｅｔ[s]＝Ｔ[s] … （式５）
したがって、被検出クロックと内部発振器のタイミングのずれが０[ppm]であるときに、この（式５）が成立するべく監視周期パルスと被検出パルスが発生するように、異常監視カウンタ１と分周カウンタ３を調整する。なお、Ｔ[s]、Ｔｄｅｔ[s]は、それぞれｍ進カウンタ、ｎ進カウンタとなっているので両者を一致させるのはその公倍数でなければならない。
【００３６】
次に、監視ウインドウのウインドウ幅を設定について説明する。
【００３７】
先に説明したように最悪時の被検出クロックと内部発振器のタイミングのずれは、（２Ｉ＋Ｅ）[ppm]であった。したがって、これ以上のずれが生じた場合に周波数異常となる。この時、ｒをマージン（拡大・縮小率）として、ウインドウパルス立ち上がりエッヂから中心までの値Ｗ[s]は、以下の関係となる。
【００３８】
【数６】
Ｗ[s]＝Ｔ[s]×（２Ｉ＋Ｅ）[ppm]×ｒ … （式６）
式（６）は、内部発振器の出力安定度±Ｉ[ppm]による誤検出を防ぐために、図２の斜線部に示すＴ×２Ｉ[s]の幅が加えられている。
【００３９】
〔本発明の周波数異常回路の動作〕
上記のように監視パルスとウインドウパルス幅を設定したときの本発明の周波数異常回路の動作について説明しよう。
【００４０】
異常監視カウンタ１は、（式２）、（式３）で定められるＴ[s]でもって、２Ｔ[s]毎に監視周期パルスを出力する。ここで、Ｔ[s]の２倍の周期で監視周期パルスを発生させるのは、周波数がプラス側及びマイナス側、どちらにずれた時にも異常を検出できる様にするためである。
【００４１】
また、異常監視カウンタ１は、監視周期パルスからＴ[s]を経た所を基準（すなわち、監視ウィドウの中心部）として、−Ｗ[s]にウインドウ生成タイミングセットパルス＋Ｗ[s]にウインドウ生成タイミングリセットパルスを出力する。
【００４２】
ウインドウ生成部２は、異常監視カウンタ１からのウインドウ生成タイミングセットパルス、リセットパルスにしたがって、ウインドウパルスをセット、リセットする。
【００４３】
一方、分周カウンタ３は、監視周期パルスによってリセットされる。分周カウンタ３による被検出パルス生成用デコード回路は、被検出クロックと内部発振器のタイミングのずれを０[ppm]としたときには、Ｔｄｅｔ[s]より図２の（ａ）に示すように監視周期タイミングからＴ[s]後に被検出パルスを出力させる。これが、被検出クロックが理想的な状態にあるときである。
【００４４】
これに反し、被検出クロックの周波数が、内部発振器の出力に対して−Ｘ[ppm]ずれた場合、図２の（ｂ）に示すように、被検出パルスはウインドウパルスの中心に対してＴ[s]×Ｘ[ppm]手前に出力される。
【００４５】
よって、以下の関係が成立するとき、
【００４６】
【数７】
Ｗ[s]＜Ｔ[s]×Ｘ[ppm] … （式７）
ウインドウパルス”Ｌ”のときに被検出パルスが出力されるので、比較器４では基準より−Ｘ[ppm]ずれたとして、被検出クロックの周波数異常であると判断される。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、外部から入力する周波数の異常を検出する回路において、複数の外部クロックを入力する場合であっても、一つの発振器のみの簡易な構成で、その周波数異常を検出することのできる周波数検出異常回路および方法を提供することにある。また、それによりＬＳＩ化が容易であり、装置の小型化に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のクロックの周波数異常検出回路の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明のクロックの周波数異常検出回路の動作を説明するタイミングチャートである。
【符号の説明】
０…内部発振器、１…異常監視カウンタ、２…ウインドウ生成部、３…分周カウンタ、４…比較器。

Claims (4)

1. 外部からクロックを入力して、そのクロックの異常を検出するクロックの周波数異常検出回路において、
   内部発振器を有し、
   その内部発振器の発生するクロックを基準として、
   ウインドウパルスを生成し、
   そのウインドウパルスによって規定される監視ウインドウを定め、
   かつ、外部から入力されるクロックから被検出パルスを生成して、
   その被検出パルスが前記監視ウインドウ内に有るか否かによってその外部から入力されるクロックの周波数異常を判定することを特徴とするクロックの周波数異常検出回路。
2. 分周カウンタと、
   異常監視カウンタとを有し、
   この異常監視カウンタは、
   前記内部発振器の発生するクロックを基準として、
   監視周期タイミングを定める監視周期パルスを生成し、
   この監視周期タイミングの始点と、前記監視ウインドウの中心部までの時間をＴ[s]としたときに、
   監視周期タイミングの始点からＴ[s]経過後に、前記被検出パルスを発生させ、
   かつ、前記分周カウンタは、監視周期タイミングでリセットされる動作をする回路であり、
   しかも、この監視周期タイミングと前記監視ウインドウの幅とが任意に設定できる請求項１記載のクロックの周波数異常検出回路。
3. 外部からクロックを入力して、そのクロックの異常を検出するクロックの周波数異常検出回路に用いる周波数異常検出方法において、
   このクロックの周波数異常検出回路は、
   内部発振器を有し、
   その内部発振器の発生するクロックを基準として、
   ウインドウパルスを生成し、
   そのウインドウパルスによって規定される監視ウインドウを定め、
   かつ、外部から入力されるクロックから被検出パルスを生成して、
   その被検出パルスが前記監視ウインドウ内に有るか否かによってその外部から入力されるクロックの周波数異常を判定することを特徴とするクロックの周波数異常検出方法。
4. 前記請求項３記載のクロックの周波数検出回路は、さらに、
   分周カウンタと、
   異常監視カウンタとを有し、
   この異常監視カウンタは、
   前記内部発振器の発生するクロックを基準として、
   監視周期タイミングを定める監視周期パルスを生成し、
   この監視周期タイミングの始点と、前記監視ウインドウの中心部までの時間をＴ[s]としたときに、
   監視周期タイミングの始点からＴ[s]経過後に、前記被検出パルスを発生させ、
   かつ、前記分周カウンタは、監視周期タイミングでリセットされる動作をする回路であり、
   しかも、この監視周期タイミングと前記監視ウインドウの幅とが任意に設定できる請求項３記載のクロックの周波数異常検出方法。

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