以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
1.リアルタイムクロック
1−1.構成
図1は、本実施形態のリアルタイムクロックの構成例を示す図である。本実施形態のリアルタイムクロック1は、振動子3を発振させる発振回路2を備えている。また、本実施形態のリアルタイムクロック1は、振動子3を備えていてもよいし、制限抵抗6やバックアップ電源5を備えていてもよい。
本実施形態では、発振回路2は、1つの集積回路(IC)チップで実現されており、VCC端子とVBA端子の2つの電源端子を有している。ただし、発振回路2は、複数のICチップを配線接続して実現されてもよいし、発振回路2の一部又は全部の構成が、ディスクリート部品を配線接続して実現されていてもよい。
VCC端子にはメイン電源4が接続され、メイン電源4から電力が供給される。また、VCC端子にはCPU(Central Processing Unit)8が接続されており、消費電流を削減するためにCPU8が動作しない時には、メイン電源4からVCC端子への電力供給が遮断される。発振回路2は、メイン電源からの電力供給が遮断された状態でも計時動作を継続する必要があるため、VBA端子には充電速度を制限するための制限抵抗6を介して充電可能なバックアップ電源5(二次電池や大容量コンデンサー等)が接続されている。ただし、バックアップ電源5は、充電ができない電源(一次電池等)に代えてもよい。
本実施形態では、発振回路2は、温度補償発振回路10、制御部20、電源部30、パワーオンリセット回路40、スイッチ50、電源監視回路60、計時部70、不揮発性メモリー80、シリアルインターフェース(I/F)回路90を含んで構成されている。ただし、発振回路2は、これらの要素の一部を省略又は変更し、あるいは他の要素を追加した構成としてもよい。
スイッチ50は、VCC端子とVBA端子の間に接続されており、本実施形態では、PMOSトランジスターで実現されている。すなわち、スイッチ50は、電流の流れる方向に対して上流側をソース、下流側をドレインとして、ゲート端子に入力される制御信号SWCTLがローレベルの時にソースとドレインとの間を導通(オン)し、制御信号SWCTLがハイレベルの時にソースとドレインとの間を非導通(オフ)にする。
また、本実施形態では、スイッチ50は、ドレインがバックゲートと接続され、ソースとドレインとの間に、ソース側がアノード、ドレイン側がカソードとなる(ソースからドレインへの向きを順方向とする)ダイオード(ボディーダイオード)が形成されている。従って、スイッチ50は、オフの状態でもソース電位がドレイン電位よりも高ければソースからドレインの向き(ダイオードの順方向)に電流が流れる。
このスイッチ50は、VCC端子側がソース、VBA端子側がドレインとなるように設けられている。従って、メイン電源から電源電圧が供給されている状態では、VBA端子の電圧は、スイッチ50がオンの時はメイン電源の電源電圧となり、スイッチがオフの時は、メイン電源の電源電圧よりもスイッチ50が有するダイオードの順方向降下電圧VFの分だけ低い電圧となる。また、スイッチ50がオンの時は、スイッチ50のソース−ド
レイン間に形成されるチャネルを通してメイン電源からバックアップ電源に電流が流れてバックアップ電源が充電され、スイッチ50がオフの時も、スイッチ50のダイオードを通してメイン電源からバックアップ電源に電流が流れてバックアップ電源が充電される。
一方、メイン電源からの電源電圧の供給が遮断されている状態では、VBA端子の電圧は、スイッチ50がオンの時もオフの時もバックアップ電源の電源電圧となる。
VBA端子の電圧は、発振回路2の内部電源電圧として各部に供給される。また、VBA端子の電圧は、パワーオンリセット回路40に供給され、パワーオンリセット回路40は、VBA端子の電圧上昇に追従し、所望の電圧に達するまでの間、リセット信号PORを発生させる。例えば、バックアップ電源5が未充電の状態で、メイン電源4の電源電圧がVCC端子に供給されると、スイッチ50がオンしてバックアップ電源5が充電されるとともにVBA端子の電圧が上昇し、リセット信号PORが発生する。
電源部30は、基準電源回路32とレギュレーター34を含んで構成されており、VBA端子の電圧に基づき、温度補償発振回路10に供給する電源電圧を生成する。
基準電源回路32は、温度に関係なく一定の基準電圧VREFと基準電流IBIASを生成し、レギュレーター34に供給する。本実施形態では、基準電圧VREFは、制御部20から供給される基準電圧調整データBGRDによって所定の範囲で調整可能になっている。同様に、基準電流IBIASは、制御部20から供給される基準電流調整データIBIASDによって所定の範囲で調整可能になっている。また、本実施形態では、基準電源回路32は、温度検出信号T_SENSを出力する温度センサー36を有している。このような基準電源回路32は、例えば、半導体のバンドギャップ電圧を利用して所定電圧を生成する回路と、バンドギャップ電圧の温度特性と逆向きの温度特性を有する電圧を生成する温度センサー36と、これら2つの回路の出力電圧を加算する回路とによって構成されるバンドギャップリファレンス回路によって実現することができる。
レギュレーター34は、基準電圧VREFと基準電流IBIASに基づき、温度補償発振回路10に供給する電源電圧を生成して出力する。本実施形態では、レギュレーター34の出力電圧は、制御部20から供給されるレギュレーター電圧調整データVREGDによって所定の範囲で調整可能になっている。
温度補償発振回路10は、発振回路2のGATE端子とDRAIN端子を介して接続される振動子3を発振させるための回路であり、レギュレーター34の出力電圧を電源電圧として動作する。
図2は、本実施形態における温度補償発振回路10の構成例を示す図であり、図2に示すように、温度補償発振回路10は、発振部12と温度補償部14を備えている。
発振部12は、インバーター回路121と、2つの抵抗122,123と、2つの可変容量回路124,125を備えている。インバーター回路121の入力端子は発振回路2のGATE端子と接続され、インバーター回路121の出力端子は抵抗123を介して発振回路2のDRAIN端子と接続されている。
抵抗122は、インバーター回路121の出力端子と入力端子の間に接続されており、抵抗123は、インバーター回路121の出力端子とDRAIN端子の間に接続されている。
可変容量回路124は、複数のスイッチの各々を介して、インバーター回路121の入
力端子(発振回路2のGATE端子)とグランドとの間に接続される複数の容量素子を備えており、これら複数のスイッチ素子のオン/オフを切り替えることで、インバーター回路121の入力端子(発振回路2のGATE端子)の負荷容量を可変に設定することができる。同様に、可変容量回路125は、複数のスイッチの各々を介して、インバーター回路121の出力端子(発振回路2のDRAIN端子)とグランドとの間に接続される複数の容量素子を備えており、これらスイッチ素子のオン/オフを切り替えることで、インバーター回路121の出力端子(発振回路2のDRAIN端子)の負荷容量を可変に設定することができる。なお、可変容量回路124,125の一方を容量値が固定の回路に置き換えてもよい。
温度補償部14は、レジスター142と、演算回路144と、A/D変換器146とを備えており、制御部20からの制御信号EN_SENSがハイレベルの時に動作する。本実施形態では、制御信号EN_SENSが一定周期で一定期間ハイレベルになり、温度補償部14は間欠的に動作する。
A/D変換器146は、温度検出信号T_SENSをA/D変換し、A/D変換データADOを制御部20に出力する。演算回路144は、制御部20からA/D変換データADOに応じた温度補償データTCOMPDを受け取り、温度補正演算を行って可変容量回路124,125の各スイッチ素子のオン/オフ制御値(ハイ又はロー)を決定し、容量選択データCAPDとしてレジスター142に設定する。この容量選択データCAPDに応じて、可変容量回路124,125の各スイッチ素子のオン/オフが制御される。
このように構成された温度補償発振回路10は、温度変化に応じて容量選択データCAPDを定期的に更新し、振動子3の温度特性を補正しながら振動子3を共振周波数付近の所望の周波数で発振させる。本実施形態では、振動子3の共振周波数は32.768kHz付近の周波数であり、温度補償発振回路10は、動作保証の温度範囲で周波数偏差が極めて小さい32.768kHzのクロック信号clk_32kを出力する。
振動子3としては、例えば、水晶Zカット、または水晶ZカットをX軸周りにY軸を数度回転したカットアングルを用いた水晶振動子、SCカットやATカットの水晶振動子、SAW(Surface Acoustic Wave)共振子などを用いることができる。また、振動子3として、例えば、水晶振動子以外の圧電振動子やMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)振動子などを用いることもできる。振動子3の基板材料としては、水晶、タンタル酸リチウム、ニオブ酸リチウム等の圧電単結晶や、ジルコン酸チタン酸鉛等の圧電セラミックス等の圧電材料、又はシリコン半導体材料等を用いることができる。また、振動子3の励振手段としては、圧電効果によるものを用いてもよいし、クーロン力による静電駆動を用いてもよい。また、振動子の形状としては、平板形状、音叉形状等を用いることもできる。
図1に戻り、電源監視回路60は、コンパレーター62と、スイッチ回路64と、2つの抵抗66,68とを含んで構成されている。
スイッチ回路64は、制御部20からの制御信号COMPENがハイレベルの時にオンし、ローレベルの時にオフする。
2つの抵抗66,68は、スイッチ回路64を介して、VCC端子とグランドに間に直列に接続されている。
コンパレーター62は、制御部20からの制御信号COMPENがハイレベルの時に動作し、VCC端子の電圧を2つの抵抗66,68で抵抗分割した電圧を所定の電圧と比較
する。すなわち、コンパレーター62は、VCC端子の電圧が所望の電圧(しきい値電圧)以上か低いかを判定し、VCC端子の電圧がしきい値電圧以上の時はハイレベルとなり、VCC端子の電圧がしきい値電圧よりも低い時はローレベルとなる信号COMPOを出力する。
本実施形態では、制御信号COMPENが一定周期で一定期間ハイレベルになり、電源監視回路60は間欠的に動作する。なお、制御信号COMPENがローレベルの時にスイッチ回路64をオフするのは、コンパレーター62が動作しない期間はVCC端子からグランドに電流が流れないようにし、消費電流を削減するためである。
計時部70は、1Hzのクロック信号clk1Hzに同期して、時刻情報(年、月、日、時、分、秒等の情報)を生成する。本実施形態では、計時部70は、クロック信号clk1Hzの立ち下がりエッジ(ハイレベルからローレベルに変化するタイミング)で、秒情報を更新する。
不揮発性メモリー80は、発振回路2の各部の調整用のデータを記憶するものであり、例えば、MONOS(Metal-Oxide-Nitride-Oxide-Silicon)メモリー等のフラッシュメモリーやEEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)等で実現することができる。本実施形態では、不揮発性メモリー80には、基準電圧調整データ、基準電流調整データ、レギュレーター電圧調整データ、温度補償データ等が記憶されている。なお、リアルタイムクロック1毎に、その検査工程において、不揮発性メモリー80に各データの最適値が書き込まれていてもよい。
シリアルI/F回路90は、CPU8との間でデータ通信を行うためのインターフェース回路であり、例えば、SCL端子とSDA端子を介してI2C通信方式でデータ通信を行ってもよい。CPU8は、シリアルI/F回路90を介して、不揮発性メモリー80に対して各種データの読み書きを行ったり、計時部70が生成する時刻情報を読み出したりすることができる。
制御部20は、リセット信号PORにより初期化され、温度補償発振回路10、電源部30及び電源監視回路60の動作制御、スイッチ50のオン/オフ制御、不揮発性メモリー80に対する各種データの読み書き、シリアルI/F回路90を介した外部とのデータ通信、クロック信号clk1Hzの生成等を行う。
図3は、本実施形態における制御部20の構成例を示す図であり、図3に示すように、制御部20は、分周回路22と、タイミング生成部24と、メモリー制御部26と、レジスター部28とを備えており、リセット信号PORが入力されるとこれら各部はすべて初期化される。
レジスター部28は、基準電圧VREF、基準電流IBIAS、レギュレーター34の出力電圧のそれぞれの設定用レジスターを含む各種の設定用レジスターを有しており、リセット信号PORが発生すると、各設定用レジスターはあらかじめ決められた設定値に初期化される。特に、本実施形態では、リセット信号PORが発生すると、基準電流IBIAS、基準電圧VREF、レギュレーター34の出力電圧が通常よりも大きくなるように、それぞれの設定用レジスターが初期化され、このブースト状態では、温度補償発振回路10の発振部12に供給される電力が通常状態よりも大きくなる。これにより、発振回路2に電源を投入してから温度補償発振回路10が安定するまでの起動時間を短くすることができる。例えば、基準電圧VREF、基準電流IBIAS、レギュレーター34の出力電圧のそれぞれの設定用レジスターがそれぞれ設定可能な最大値に初期化されるようにすれば、起動時間を最短にすることができる。
分周回路22は、32.768kHzのクロック信号clk_32kを32分周した1.024kHzのクロック信号clk_1kを生成する。さらに、分周回路22は、クロック信号clk_1kを、それぞれ21(=2)〜210(=1024)分周したクロック信号clk512Hz、クロック信号clk256Hz、クロック信号clk128Hz、クロック信号clk64Hz、クロック信号clk32Hz、クロック信号clk16Hz、クロック信号clk8Hz、クロック信号clk4Hz、クロック信号clk2Hz、クロック信号clk1Hzを生成する。クロック信号clk1Hzは、1秒周期の信号であり、計時部70の動作クロック信号となる。
また、クロック信号clk_1kを除く10個のクロック信号clk512Hz〜clk1Hzは、clk1HzをMSB、clk512HzをLSBとする10ビットのカウント信号cnt[9:0]を構成する。すなわち、カウント信号cnt[9:0]は1秒間に0から1023までカウントアップされる。
タイミング生成部24は、カウント信号cnt[9:0]が0の時に、クロック信号clk_32kに同期して制御信号EN_SENSをローレベルからハイレベルに変更し、クロック信号clk_32kで所定時間をカウントすると制御信号EN_SENSをローレベルに戻す。
また、タイミング生成部24は、カウント信号cnt[9:0]が64の時に、クロック信号clk_1kの立ち下がりエッジで制御信号COMPENをローレベルからハイレベルに変更し、クロック信号clk_1kで所定時間をカウントすると、制御信号COMPENをローレベルに戻す。
また、タイミング生成部24は、制御信号COMPENをローレベルからハイレベルに変更するタイミングで制御信号SWCTLをローレベルからハイレベルに変更し、制御信号COMPENをローレベルに戻すタイミングで、電源監視回路60の出力信号COMPOがハイレベルの時のみ制御信号SWCTLをローレベルに戻す。
また、タイミング生成部24は、メモリー制御部26の動作を制御し、メモリー制御部26は、不揮発性メモリー80に対するデータの読み書きを行う。特に、本実施形態では、タイミング生成部24は、制御信号EN_SENSをローレベルからハイレベルに変更してからクロック信号clk_32kで所定時間をカウントすると、メモリー制御部26に、不揮発性メモリー80からA/D変換データADO(温度情報)に対応する温度補償データを読み出す処理を行わせる。
また、タイミング生成部24は、リセット信号PORが解除されてからクロック信号clk_32kで所定時間をカウントした時、及び、制御信号EN_SENSをローレベルに戻した直後、メモリー制御部26に、不揮発性メモリー80から基準電圧調整データ、基準電流調整データ及びレギュレーター電圧調整データを読み出し、各設定用レジスターにそれぞれ設定する処理を行わせる。
なお、本実施形態において、発振回路2は、本発明の「発振回路」又は「発振用回路」の一例である。発振部12は、本発明の「発振部」又は「発振手段」の一例である。また、温度補償部14あるいは温度補償部14と制御部20の一部(温度補償動作に関連する処理を行う部分)からなる構成は、本発明の「補償部」又は「補償手段」の一例である。また、電源部30は、本発明の「電源部」又は「第1の電力供給手段」の一例である。また、不揮発性メモリー80は、本発明の「記憶部」又は「記憶手段」の一例である。また、制御部20は、本発明の「制御手段」の一例である。また、スイッチ50あるいはスイ
ッチ50と電源監視回路60から成る構成は、本発明の「電源切り替え部」又は「電源切り替え手段」の一例である。また、メイン電源4及びバックアップ電源5は、本発明の「複数の電力供給源」又は「複数の第2の電力供給手段」の一例である。また、「ブースト状態」及び「通常状態」は、それぞれ本発明の「第1の状態」及び「第2の状態」の一例である。また、不揮発性メモリー80に記憶されている基準電圧調整データ、基準電流調整データ及びレギュレーター調整データは、本発明の「設定情報」の一例である。また、「温度補償動作」は、本発明の「補償部の動作」又は「補償手段の動作」の一例である。また、「スイッチ切り替え動作」は、本発明の「電源切り替え部の動作」又は「電源切り替え手段の動作」の一例である。
1−2.制御部の処理手順
図4は、本実施形態における制御部20の処理手順の一例を示すフローチャート図である。図4に示すように、本実施形態では、制御部20は、リセット信号PORが発生すると(S10のY)、まず、電源部30をブースト状態に設定する(S12)。
次に、制御部20は、リセット信号PORが解除されてからT1時間の経過後(S14のY)、電源部30を通常状態に設定する(S16)。このT1時間は、温度補償発振回路10の出力信号が安定するために必要な時間以上に設定される。
その後、制御部20は、カウント信号cnt[9:0]が0又は512の時に(S18のY)、温度補償処理を行い(S20)、温度補償処理の終了後、電源部30のレジスター設定のリフレッシュ処理を行う(S22)。すなわち、本実施形態では、制御部20は、温度補償処理とリフレッシュ処理を0.5秒周期で繰り返し行う。
また、制御部20は、カウント信号cnt[9:0]が64の時に(S24のY)、スイッチ切り替え処理を行う(S26)。すなわち、本実施形態では、制御部20は、スイッチ切り替え処理を1秒周期で繰り返し行う。
図5は、図4の温度補償処理(S20)の手順の一例を示すフローチャート図である。図5に示すように、制御部20は、まず、制御信号EN_SENSをハイレベルにして、温度補償部14に温度補償動作を開始させる(S100)。
次に、制御部20は、温度補償動作の開始からT2時間の経過後(S102のY)、温度補償部14からA/D変換データADOを取得する(S104)。このT2時間は、温度補償部14のA/D変換動作に必要な時間以上に設定される。
次に、制御部20は、不揮発性メモリー80から、A/D変換データADOに応じた温度補償データを読み出し、温度補償データTCOMPDとして温度補償部14に出力する(S106)。
最後に、制御部20は、温度補償動作の開始からT3時間の経過後(S108のY)、制御信号EN_SENSをローレベルにして、温度補償部14に温度補償動作を終了させ(S110)、温度補償処理を終了する。このT3時間は、温度補償部14の温度補償動作がすべて完了するのに必要な時間以上に設定される。
図6は、図4のリフレッシュ処理(S22)の手順の一例を示すフローチャート図である。なお、図4の電源部30を通常状態に設定する処理(S16)の手順も図6と同様である。
図6に示すように、制御部20は、まず、不揮発性メモリー80から基準電圧調整デー
タ読み出して、レジスター部28のレジスターに設定する(S200)。
次に、制御部20は、不揮発性メモリー80から基準電流調整データを読み出して、レジスター部28のレジスターに設定する(S202)。
最後に、制御部20は、不揮発性メモリー80からレギュレーター電圧調整データを読み出して、レジスター部28のレジスターに設定し(S204)、リフレッシュ処理を終了する。
図7は、図4のスイッチ切り替え処理(S26)の手順の一例を示すフローチャート図である。図7に示すように、制御部20は、まず、制御信号SWCTLをハイレベルにしてスイッチ50をオフするとともに、制御信号COMPENをハイレベルにして電源監視回路60をオンする(S300)。ここで、スイッチ50をオフするのは、電源監視回路60がVCC端子の電圧を正しく判定できるように、VCC端子をVBA端子から切り離すためである。
次に、制御部20は、スイッチ50をオフし、かつ、電源監視回路60をオンしてからT4時間の経過後(S302のY)、電源監視回路60の出力信号COMPOを取得するとともに、制御信号COMPENをローレベルにして電源監視回路60をオフする(S304)。このT4時間は、電源監視回路60の出力信号COMPOが安定するために必要な時間以上に設定される。
そして、制御部20は、COMPOがハイレベルの場合(S306のY)には、制御信号SWCTLをローレベルに戻してスイッチ50をオンし、COMPOがローレベルの場合(S306のN)には、制御信号SWCTLをローレベルに戻さずスイッチ50をオフのままにし、スイッチ切り替え処理を終了する。
1−3.動作タイミング
図8は、発振回路2の起動時の動作の一例を示すタイミングチャート図である。図8に示すように、時刻t0以前において、メイン電源4からVCC端子への電力供給が遮断されており、かつ、バックアップ電源5が未充電の状態であり、VCC端子の電圧とVBA端子の電圧はともに0Vである。
時刻t0においてVCC端子にメイン電源4が接続され、時刻t1でVCC端子の電圧がメイン電源4の電源電圧に達する。この時刻t0〜t1において、リセット信号PORが発生し、レジスター部28の各設定用レジスターが初期化される。これにより、基準電圧調整データBGRD、基準電流調整データIBIASD、レギュレーター電圧調整データVREGDがそれぞれA0、B0、C0に設定され、電源部30がブースト状態となる。
次に、温度補償発振回路10の発振部12が動作を開始し、クロック信号clk_32kが発生すると、カウント信号cnt[9:0]のカウントアップ動作が開始する。
次に、時刻t1からT1時間経過後の時刻t2〜t3において、電源部30を通常状態に設定する処理が行われ、時刻t3において、基準電圧調整データBGRD、基準電流調整データIBIASD、レギュレーター電圧調整データVREGDがそれぞれA1、B1、C1に設定され、電源部30が通常状態となる。
次に、カウント信号cnt[9:0]が64になる時刻t4からT4時間経過後の時刻t5までの間、制御信号COMPENと制御信号SWCTLがともにハイレベルとなって
スイッチ切り替え動作が行われ、VCC端子の電圧がしきい値電圧以上なので、時刻t5において制御信号SWCTLがローレベルに戻る。
次に、カウント信号cnt[9:0]が512になる時刻t6からT3時間経過後の時刻t7までの間、制御信号EN_SENSがハイレベルとなって温度補償動作が行われ、時刻t7において、容量選択データCAPDが更新される。
このように、本実施形態では、ブースト状態から通常状態になった後で、スイッチ切り替え動作と温度補償動作を開始する。
図9は、バックアップ電源5の充電が完了した後の発振回路2の動作の一例を示すタイミングチャート図である。図9において、バックアップ電源5の電源電圧は、メイン電源4の電源電圧よりもわずかに低いものとする。図9に示すように、時刻t8においてカウント信号cnt[9:0]が0になると、時刻t8〜t9において制御信号EN_SENSがハイレベルとなって温度補償動作が行われ、時刻t9において、容量選択データCAPDがD2からD3に更新される。
次に、時刻t9のすぐ後に、電源部30の調整データのリフレッシュ動作が行われ、基準電圧調整データBGRD、基準電流調整データIBIASD、レギュレーター電圧調整データVREGDのレジスター設定値がそれぞれA1、B1、C1にリフレッシュ(上書き)される。
次に、時刻t10においてカウント信号cnt[9:0]が64になると、時刻t10〜t11において制御信号COMPENと制御信号SWCTLがともにハイレベルとなってスイッチ切り替え動作が行われる。この時刻t10〜t11において、スイッチ50がオフするので、VBA端子の電圧はバックアップ電源5の電源電圧となる。
そして、VCC端子の電圧がしきい値電圧以上なので、時刻t11において制御信号SWCTLがローレベルに戻り、スイッチ50がオンするので、VBA端子の電圧はVCC端子の電圧(メイン電源4の電源電圧)に戻る。
次に、時刻t12においてカウント信号cnt[9:0]が512になると、時刻t12〜t13において制御信号EN_SENSがハイレベルとなって温度補償動作が行われ、時刻t13において、容量選択データCAPDがD3からD4に更新される。
次に、時刻t13のすぐ後に、電源部30の調整データのリフレッシュ動作が行われ、基準電圧調整データBGRD、基準電流調整データIBIASD、レギュレーター電圧調整データVREGDのレジスター設定値がそれぞれA1、B1、C1にリフレッシュ(上書き)される。
次に、時刻t14においてカウント信号cnt[9:0]が0になると、時刻t14〜t15において制御信号EN_SENSがハイレベルとなって温度補償動作が行われ、時刻t15において、容量選択データCAPDがD4からD5に更新される。
次に、時刻t15のすぐ後に、電源部30の調整データのリフレッシュ動作が行われ、基準電圧調整データBGRD、基準電流調整データIBIASD、レギュレーター電圧調整データVREGDのレジスター設定値がそれぞれA1、B1、C1にリフレッシュ(上書き)される。
次に、時刻t16において、メイン電源4からVCC端子への電力供給が遮断し、スイ
ッチ50がオンしているので、VBA端子の電圧とVCC端子の電圧はともにバックアップ電源5の電源電圧となる。
次に、時刻t17においてカウント信号cnt[9:0]が64になると、時刻t17〜t18において制御信号COMPENと制御信号SWCTLがともにハイレベルとなってスイッチ切り替え動作が行われる。この時刻t17〜t18において、スイッチ50がオフするので、VCC端子の電圧は0Vになる。
そして、VCC端子の電圧がしきい値電圧よりも低いので、時刻t18において制御信号SWCTLがハイレベルのままローレベルに戻らず、スイッチ50はオフのままとなる。すなわち、時刻t18において、通常モード(メイン電源4の電力で動作するモード)からバックアップモード(バックアップ電源5の電力で動作するモード)に切り替わる。
次に、時刻t19においてカウント信号cnt[9:0]が512になると、時刻t19〜t20において制御信号EN_SENSがハイレベルとなって温度補償動作が行われ、時刻t20において、容量選択データCAPDがD5からD6に更新される。
次に、時刻t19のすぐ後に、電源部30の調整データのリフレッシュ動作が行われ、基準電圧調整データBGRD、基準電流調整データIBIASD、レギュレーター電圧調整データVREGDのレジスター設定値がそれぞれA1、B1、C1にリフレッシュ(上書き)される。
このように、本実施形態では、温度補償動作は0.5秒周期で繰り返され、スイッチ切り替え動作は1秒周期で繰り返される。
図10は、図9の時刻t20以降の発振回路2の動作の一例を示すタイミングチャート図である。図10に示すように、時刻t21ではバックアップモードになっており、制御信号SWCTLがハイレベルのため、VBA端子の電圧はバックアップ電源5の電源電圧となっている。
時刻t21においてカウント信号cnt[9:0]が0になると、時刻t21〜t22において制御信号EN_SENSがハイレベルとなって温度補償動作が行われ、時刻t22において、容量選択データCAPDがD6からD7に更新される。
次に、時刻t22のすぐ後に、電源部30の調整データのリフレッシュ動作が行われ、基準電圧調整データBGRD、基準電流調整データIBIASD、レギュレーター電圧調整データVREGDのレジスター設定値がそれぞれA1、B1、C1にリフレッシュ(上書き)される。
次に、時刻t23においてカウント信号cnt[9:0]が64になると、時刻t23〜t24において制御信号COMPENがハイレベルとなってスイッチ切り替え動作が行われる。そして、VCC端子の電圧がしきい値電圧よりも低いので、時刻t23において制御信号SWCTLはハイレベルのままであり、スイッチ50はオフのままである。
次に、時刻t25においてカウント信号cnt[9:0]が512になると、時刻t25〜t26において制御信号EN_SENSがハイレベルとなって温度補償動作が行われ、時刻t26において、容量選択データCAPDがD7からD8に更新される。
次に、時刻t26のすぐ後に、電源部30の調整データのリフレッシュ動作が行われ、基準電圧調整データBGRD、基準電流調整データIBIASD、レギュレーター電圧調
整データVREGDのレジスター設定値がそれぞれA1、B1、C1にリフレッシュ(上書き)される。
次に、時刻t27においてカウント信号cnt[9:0]が0になると、時刻t27〜t28において制御信号EN_SENSがハイレベルとなって温度補償動作が行われ、時刻t28において、容量選択データCAPDがD8からD9に更新される。
次に、時刻t28のすぐ後に、電源部30の調整データのリフレッシュ動作が行われ、基準電圧調整データBGRD、基準電流調整データIBIASD、レギュレーター電圧調整データVREGDのレジスター設定値がそれぞれA1、B1、C1にリフレッシュ(上書き)される。
次に、時刻t29において、メイン電源4からVCC端子への電力供給が再開するが、スイッチ50がオフしているので、VBA端子の電圧はバックアップ電源5の電源電圧のままである。
次に、時刻t30においてカウント信号cnt[9:0]が64になると、時刻t30〜t31において制御信号COMPENがハイレベルとなってスイッチ切り替え動作が行われる。そして、VCC端子の電圧がしきい値電圧以上なので、時刻t31において制御信号SWCTLがローレベルになり、スイッチ50がオンする。これにより、VBA端子の電圧はメイン電源4の電源電圧になる。すなわち、時刻t31において、バックアップモードから通常モードに切り替わる。
次に、時刻t32においてカウント信号cnt[9:0]が512になると、時刻t32〜t33において制御信号EN_SENSがハイレベルとなって温度補償動作が行われ、時刻t33において、容量選択データCAPDがD9からD10に更新される。
次に、時刻t33のすぐ後に、電源部30の調整データのリフレッシュ動作が行われ、基準電圧調整データBGRD、基準電流調整データIBIASD、レギュレーター電圧調整データVREGDのレジスター設定値がそれぞれA1、B1、C1にリフレッシュ(上書き)される。
図11は、温度補償動作とスイッチ切り替え動作の詳細なタイミングを示すタイミングチャート図であり、図9の時刻t8〜t11の期間に対応する。
図11に示すように、時刻t8において制御信号EN_SENSがハイレベルとなると、温度補償動作が開始し、まず、所定時間後に温度検出信号T_SENSのA/D変換が行われ、A/D変換データADOが更新される。続いて、不揮発性メモリー80に対するメモリーリードが行われ、A/D変換データADOに応じて温度補償データTCOMPDがF2からF3に更新される。続いて、温度補償データTCOMPDに応じた温度補正演算が行われ、時刻t9において、容量選択データCAPDがD2からD3に更新されるとともに、制御信号EN_SENSがローレベルとなって温度補償動作が終了する。このように、本実施形態では、温度補償動作には、A/D変換動作、メモリーリード動作及び温度補正演算動作が含まれている。
次に、時刻t9から電源部30の調整データのリフレッシュ動作が開始し、不揮発性メモリー80に対するメモリーリードが行われ、基準電圧調整データBGRD、基準電流調整データIBIASD、レギュレーター電圧調整データVREGDのレジスター設定値が順番にリフレッシュ(上書き)される。このように、本実施形態では、リフレッシュ動作には、メモリーリード動作とレジスター設定動作が含まれている。
次に、時刻t10において制御信号COMPENと制御信号SWCTLがともにハイレベルとなると、スイッチ切り替え動作が開始し、スイッチ50がオンからオフに切り替わるとともに、コンパレーター62によるVCC端子の電圧としきい値電圧との比較が行われる。
そして、コンパレーター62の出力信号COMPOが確定するのに十分な時間が経過した時刻t11において、COMPOがハイレベルかローレベルかに応じて、制御信号STWLをローレベルに戻す(スイッチ50をオンに戻す)か否かが選択される。ここでは、COMPOがハイレベルなので、制御信号STWLがローレベルに戻り、スイッチ50がオフからオンに切り替わる。また、時刻t11において制御信号COMPENがローレベルとなってスイッチ切り替え動作が終了し、COMPOがローレベルに戻る。このように、本実施形態では、スイッチ切り替え動作には、VCC端子の電圧としきい値電圧との比較動作及び比較結果に応じたスイッチ50のオン/オフの選択動作が含まれている。
以上に説明した本実施形態では、温度補償動作は最大周波数である32.768kHに同期して行われるため消費電流が非常に大きく、温度補償動作が、同じく消費電流が非常に大きいブースト状態、あるいは電源電圧が変動するブースト状態から通常状態に切り替わるタイミングと重なると、温度補償データTCOMPが破損する等して温度補償動作に誤りが生じるおそれがある。そこで、本実施形態では、ブースト状態から通常状態になった後に温度補償動作を開始する。従って、本実施形態によれば、温度補償動作が誤るおそれを低減させることができるので、温度補償発振回路10の出力周波数の精度等が低下するおそれを低減させることができる。
また、本実施形態では、温度補償動作の後にリフレッシュ動作が行われるようにしており、温度補償動作とリフレッシュ動作が時間的に重ならないため、リフレッシュ動作で発生する電源電圧変動が温度補償動作に影響せず、電源電圧変動に起因した温度補償部14の誤動作を低減することができ、温度補償発振回路10の出力周波数の精度等が低下するおそれを低減することができる。また、不揮発性メモリーに記憶されている電源部30の調整データが定期的に読み出されてレジスター部28の各設定用レジスターに設定されるので、各設定用レジスターのデータが破損しても確実に回復させることができる。
また、本実施形態では、温度補償動作は最大周波数である32.768kHに同期して行われるため消費電流が非常に大きく、スイッチ切り替え動作に伴って温度補償発振回路10(温度補償部14)の電源電圧が変動するタイミング(図9の時刻t10,t11,t17や図10の時刻t31等)が温度補償動作期間と重なると、温度補償データTCOMPが破損する等して温度補償動作に誤りが生じるおそれがある。そこで、本実施形態では、図8〜図11に示したように、温度補償動作の期間とスイッチ切り替え動作の期間はいずれも重ならないようにしている。すなわち、本実施形態によれば、温度補償部14の動作時にはスイッチ50及び電源監視回路60を動作させないようにしたため、温度補償部14の動作はスイッチ50及び電源監視回路60の動作に伴う電源電圧変動の影響を受けないので、電源電圧変動に起因した温度補償部14の誤動作を低減し、温度補償発振回路10の出力周波数の精度等が低下するおそれを低減させることができる。
また、本実施形態では、発振回路2に電源投入後、カウント信号cnt[9:0]が64になる時にスイッチ切り替え動作が開始され、その後、カウント信号cnt[9:0]が512になる時に温度補償動作が開始されることで、発振回路2の起動後、先にスイッチ切り替え動作が行われた後で、温度補償動作が行われるようになっている。従って、本実施形態によれば、温度補償部14の動作の前に温度補償部14に供給される電源電圧をより安定した状態に維持することができる。そのため、動作時の消費電力が大きい温度補
償部14をより安定した状態で動作させることができ、温度補償部14の誤動作を低減できる。従って、周波数安定度の良い発振回路2を構成することができる。
また、本実施形態では、計時部70が時刻情報を更新するタイミング(1Hzクロックの立ち下がり時)は、回路が最も動く状態になるため、電源からグランドへの貫通電流が最大となり、この時に電源が切り替わると、計時部70あるいは計時部70と電源を共通にする回路が誤動作を招くおそれがある。そこで、本実施形態では、計時部の動作時(図9の時刻t8,t14や図10の時刻t21,t27等)にはスイッチ切り替え動作をさせないようにしている。従って、本実施形態によれば、計時部70の動作時にはスイッチ切り替え動作に伴う電源電圧変動の影響を受けないので、電源電圧変動に起因した計時の誤動作を起こすおそれが低減できるため、計時部70から出力される時刻情報の精度等が低下するおそれを低減させることができる。
2.発振器
図12は、本実施形態の発振器の構成例を示す図である。図12において、図1と同じ構成要素には同じ符号を付している。本実施形態の発振器200は、振動子3と、振動子3を発振させる発振回路2とを備えている。また、本実施形態の発振器200は、制限抵抗6やバックアップ電源5を備えていてもよい。
発振回路2の構成は、図1と同じであるため、その説明を省略する。なお、発振回路2は、図12の要素の一部を省略又は変更し、あるいは他の要素を追加した構成としてもよい。
本実施形態の発振器200によれば、上記実施形態のリアルタイムクロック1と同様の効果が得られる。
3.電子機器
図13は、本実施形態の電子機器の機能ブロック図である。また、図14は、本実施形態の電子機器の一例であるスマートフォンの外観の一例を示す図である。
本実施形態の電子機器300は、リアルタイムクロック310、CPU(Central Processing Unit)320、操作部330、ROM(Read Only Memory)340、RAM(Random Access Memory)350、通信部360、表示部370、メイン電源380を含んで構成されている。なお、本実施形態の電子機器は、図13の構成要素(各部)の一部を省略又は変更し、あるいは、他の構成要素を付加した構成としてもよい。
リアルタイムクロック310は、発振回路312(発振用回路の一例)、振動子314、バックアップ電源316を備えている。発振回路312は、振動子314を発振させてクロック信号を発生させ、当該クロック信号に基づいて時刻情報を生成する。バックアップ電源316は、発振回路312のVBA端子に電力を供給する。
メイン電源380は、発振回路312のVCC端子に電力を供給する。また、メイン電源380は、CPU320にも電力を供給する。
発振回路312は、VCC端子の電圧がしきい値電圧以上の時は、VCC端子の電圧を電源電圧として動作し、VCC端子の電圧がしきい値電圧よりも低い時は、VBA端子の電圧を電源電圧として動作する。
CPU320は、ROM340等に記憶されているプログラムに従い、各種の計算処理や制御処理を行う。具体的には、CPU320は、発振回路312に対する各種の設定処
理、発振回路312から時刻情報を読み出す処理、操作部330からの操作信号に応じた各種の処理、外部装置とデータ通信を行うために通信部360を制御する処理、表示部370に各種の情報(発振回路312から読み出した時刻情報等)を表示させるための表示信号を送信する処理等を行う。
操作部330は、操作キーやボタンスイッチ等により構成される入力装置であり、ユーザーによる操作に応じた操作信号をCPU320に出力する。
ROM340は、CPU320が各種の計算処理や制御処理を行うためのプログラムやデータ等を記憶している。
RAM350は、CPU320の作業領域として用いられ、ROM340から読み出されたプログラムやデータ、操作部330から入力されたデータ、CPU320が各種プログラムに従って実行した演算結果等を一時的に記憶する。
通信部360は、CPU320と外部装置との間のデータ通信を成立させるための各種制御を行う。
表示部370は、LCD(Liquid Crystal Display)等により構成される表示装置であり、CPU320から入力される表示信号に基づいて各種の情報を表示する。表示部370には操作部330として機能するタッチパネルが設けられていてもよい。
リアルタイムクロック310として、例えば上記実施形態のリアルタイムクロック1を適用することにより、あるいは、発振回路312として、例えば上記実施形態の発振回路2を適用することにより、信頼性の高い電子機器を実現することができる。なお、本実施形態の電子機器300は、リアルタイムクロック310に代えて発振器を用いてもよく、当該発振器として、例えば上記実施形態の発振器200を適用することができる。
このような電子機器300としては種々の電子機器が考えられ、例えば、パーソナルコンピューター(例えば、モバイル型パーソナルコンピューター、ラップトップ型パーソナルコンピューター、タブレット型パーソナルコンピューター)、スマートフォンや携帯電話機などの移動体端末、ディジタルスチールカメラ、インクジェット式吐出装置(例えば、インクジェットプリンター)、ルーターやスイッチなどのストレージエリアネットワーク機器、ローカルエリアネットワーク機器、移動体端末基地局用機器、テレビ、ビデオカメラ、ビデオレコーダー、カーナビゲーション装置、リアルタイムクロック装置、ページャー、電子手帳(通信機能付も含む)、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ゲーム用コントローラー、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、POS端末、医療機器(例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電図計測装置、超音波診断装置、電子内視鏡)、魚群探知機、各種測定機器、計器類(例えば、車両、航空機、船舶の計器類)、フライトシュミレーター、ヘッドマウントディスプレイ、モーショントレース、モーショントラッキング、モーションコントローラー、PDR(歩行者位置方位計測)等が挙げられる。
4.移動体
図15は、本実施形態の移動体の一例を示す図(上面図)である。図15に示す移動体400は、リアルタイムクロック410、エンジンシステム、ブレーキシステム、キーレスエントリーシステム等の各種の制御を行うコントローラー420,430,440、バッテリー450、バックアップ用バッテリー460を含んで構成されている。なお、本実施形態の移動体は、図15の構成要素(各部)の一部を省略し、あるいは、他の構成要素を付加した構成としてもよい。
リアルタイムクロック410は、不図示の発振回路(発振用回路の一例)を備えており、バッテリー450は、発振回路のVCC端子に電力を供給する。バックアップ用バッテリー460は、発振回路のVBA端子に電力を供給する。
この発振回路は、VCC端子の電圧がしきい値電圧以上の時は、VCC端子の電圧をVOUT端子に出力し、VCC端子の電圧がしきい値電圧よりも低い時は、VBA端子の電圧をVOUT端子に出力する。
コントローラー420,430,440には、発振回路のVOUT端子を介してメイン電源あるいはバックアップ電源から電力が供給される。
リアルタイムクロック410として、例えば上記実施形態のリアルタイムクロック1を適用することにより、あるいは、発振回路として、例えば上記実施形態の発振回路2を適用することにより、信頼性の高い移動体を実現することができる。なお、本実施形態の移動体400は、リアルタイムクロック410に代えて発振器を用いてもよく、当該発振器として、例えば上記実施形態の発振器200を適用することができる。
このような移動体400としては種々の移動体が考えられ、例えば、自動車(電気自動車も含む)、ジェット機やヘリコプター等の航空機、船舶、ロケット、人工衛星等が挙げられる。
5.変形例
本発明は本実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。
例えば、上記実施形態では、発振回路2に電源投入後、カウント信号cnt[9:0]が64になる時にスイッチ切り替え動作が開始され、その後、カウント信号cnt[9:0]が512になる時に温度補償動作が開始されることで、発振回路2の起動後、先にスイッチ切り替え動作が行われた後で、温度補償動作が行われるようになっているが、先に温度補償動作が行われた後で、スイッチ切り替え動作が行われるように変形してもよい。
図4のフローチャートを、例えば、ステップS18でカウント信号cnt[9:0]が100又は612か否かを判定し、かつ、ステップS24でカウント信号cnt[9:0]が164か否かを判定するように変更することで、発振回路2に電源投入後、カウント信号cnt[9:0]が100になる時に温度補償動作が開始され、その後、カウント信号cnt[9:0]が164になる時にスイッチ切り替え動作が開始される。すなわち、発振回路2の起動後、先に温度補償動作が行われた後で、スイッチ切り替え動作が行われるようになる。
このようにすれば、温度補償発振回路10の出力周波数はスイッチ切り替え動作が行われる前に温度補償された状態となり、温度補償発振回路10の出力信号に基づいて動作する計時部70等の回路が安定するまでに要する起動時間を短くすることができる。
また、例えば、上記実施形態では、温度補償動作とリフレッシュ動作の周期を0.5秒に固定しているが、レジスター設定等により温度補償動作やリフレッシュ動作の周期を可変に設定可能に構成してもよい。同様に、上記実施形態では、スイッチ切り替え動作の周期を1秒に固定しているが、レジスター設定等によりスイッチ切り替え動作の周期を可変に設定可能に構成してもよい。
また、例えば、上記実施形態では、1回のスイッチ切り替え動作の時間を2msに固定しているが、レジスター設定等によりスイッチ切り替え動作の時間を可変に設定可能に構成してもよい。
また、例えば、上記実施形態において、温度補償発振回路10の発振部12が可変容量回路124,125に代えて可変容量素子(可変容量ダイオード)を備え、温度補償部14が温度検出信号T_SENSに応じて可変容量素子(可変容量ダイオード)への印加電圧を生成する回路を備えるように変形してもよい。
また、例えば、上記実施形態において、温度補償動作に、不揮発性メモリー80に温度補償データを書き込む動作が含まれるように変形してもよい。例えば、制御部20が、不揮発性メモリー80から読み出した温度補償データTCOMPDを不揮発性メモリー80に書き込む(リフレッシュ)処理をさらに行うようにしてもよい。また、例えば、制御部20が、A/D変換データADOに応じた温度補償データを計算し、不揮発性メモリー80に書き込むようにしてもよい。
また、例えば、上記実施形態では、スイッチ50及び電源監視回路60は、メイン電源4とバックアップ電源5のうち少なくとも1つを選択して電源部30への電力供給を制御しているが、3つ以上の電源のうち少なくとも1つを選択して電源部30への電力供給を制御するように変形してもよい。
なお、上記実施形態では、本発明における「補償部」あるいは「補償手段」の一例として、発振部12の温度補償動作を行う温度補償部14を例に挙げたが、本発明における「補償部」あるいは「補償手段」は、発振部12の温度補償動作以外の補償動作を行ってもよいし、発振部12以外の回路の補償動作(例えば、レギュレーター34の出力電圧の補償動作など)を行ってもよい。
上述した本実施形態及び各変形例は一例であって、これらに限定されるわけではない。例えば、本実施形態及び各変形例を適宜組み合わせることも可能である。
本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成(例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成)を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。