JP6585977B2 - Semiconductor device and oscillation circuit control method - Google Patents
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Description
本発明は、半導体装置および発振回路の制御方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and an oscillation circuit control method.
水晶振動子を用いた発振回路に関する技術として以下の技術が知られている。例えば、特許文献1には、CMOSインバータ、抵抗および水晶発振子を含む水晶発振器と、電源電圧源と水晶発振器との間に挿入されたMOSトランジスタと、水晶発振器における発振停止状態を検出して第1の制御信号を出力し、水晶発振器における発振状態を検出して第2の制御信号を出力して、第1および第2の制御信号を介してMOSトランジスタの導通状態を制御する発振停止検出器と、を含む水晶発振回路が記載されている。
The following techniques are known as techniques related to an oscillation circuit using a crystal resonator. For example,
特許文献2には、並列接続された水晶振動子およびインバータと、インバータに電流を供給する電流源と、を備えた発振器において、電流源およびインバータの電源端子に接続され、出力要求信号が与えられたタイミングでオン状態に切り換えることにより電流源およびインバータの電源端子に所定の電圧を印加し、出力停止信号が与えられたタイミングでオフ状態に切り換えることにより電流源およびインバータの電源端子に所定の電圧を印加することを制限するスイッチを備えたものが記載されている。
In
特許文献3には、外付けされる外部発振回路の発振動作を発振停止信号により制御し、外部発振回路からの信号を第1のクロック信号として出力する制御手段と、第2のクロック信号を生成し出力する発振手段と、第1のクロック信号または第2のクロック信号を切り替え信号に基づいて選択し、内部クロック信号として出力する選択手段を有する半導体装置が記載されている。
In
特許文献4には、水晶振動子を用いた発振動作によりクロック信号を形成する水晶発振回路と、内部回路が正常に動作可能な周波数のクロック信号を形成するための内蔵発振器と、水晶発振回路で形成されたクロック信号の周波数が、内部回路の正常動作の周波数範囲よりも上昇したことを検出可能な異常高速発振検出回路と、異常高速発振検出回路での検出結果に基づいて、水晶発振回路で形成されたクロック信号に代えて、内蔵発振器で形成されたクロック信号を内部回路に供給するための制御回路と、を含む半導体集積回路装置が記載されている。
特許文献5には、水晶振動子に並列接続されたインバータの高電位側および低電位側の各々に複数の異なる利得パスを設けることにより、インバータにおける増幅利得を可変としたCMOS発振器回路が記載されている。 Patent Document 5 describes a CMOS oscillator circuit in which an amplification gain in an inverter is variable by providing a plurality of different gain paths on each of a high potential side and a low potential side of an inverter connected in parallel to a crystal resonator. ing.
水晶発振回路の重要な特性の1つである発振余裕度は、水晶発振回路から出力される発振信号が、発振している状態から発振停止に至るまでのマージン(余裕)を表したものであり、水晶振動子の抵抗値(信号を減衰する能力)に対し、水晶振動子を除く回路側がどれだけの信号増幅能力を有しているかを示す指標である。理論上は発振余裕度が1よりも大であれば発振可能であるが、発振余裕度が1に近い場合には、発振しない、または発振開始時間が異常に長くなり、セットが正常に動作しない場合がある。これらの発振不良は、発振余裕度を大きくすることによって改善できるが、発振余裕度を大きくすると回路電流が増大する。すなわち、発振余裕度と回路電流とはトレードオフの関係にある。 The oscillation margin, which is one of the important characteristics of the crystal oscillation circuit, represents the margin (margin) from when the oscillation signal output from the crystal oscillation circuit oscillates until it stops oscillating. This is an index indicating how much signal amplification capability the circuit side excluding the crystal resonator has relative to the resistance value (attenuation capability of the signal) of the crystal resonator. Theoretically, oscillation is possible if the oscillation margin is greater than 1. However, if the oscillation margin is close to 1, oscillation does not occur or the oscillation start time becomes abnormally long, and the set does not operate normally. There is a case. These oscillation failures can be improved by increasing the oscillation margin, but increasing the oscillation margin increases the circuit current. That is, the oscillation margin and the circuit current are in a trade-off relationship.
従来の水晶発振回路では、ノイズやプリント基板の結露等の一時的な外的要因によって発振が停止するという問題があった。水晶発振回路において発振が停止した場合に内蔵CR発振回路の出力信号を水晶発振回路の出力信号に代えて用いるという対処方法が考えられる。しかしながら、CR発振回路における発振周波数の精度は、水晶発振回路における発振周波数の精度よりも著しく低く、UART(Universal Asynchronous Receiver-Transmitter)などの高い周波数精度が要求されるシステムにおいては、上記の対処方法を適用することは好ましくないと考えられる。 The conventional crystal oscillation circuit has a problem that the oscillation stops due to temporary external factors such as noise and condensation on the printed circuit board. A possible countermeasure is to use the output signal of the built-in CR oscillation circuit in place of the output signal of the crystal oscillation circuit when oscillation stops in the crystal oscillation circuit. However, the accuracy of the oscillation frequency in the CR oscillation circuit is remarkably lower than the accuracy of the oscillation frequency in the crystal oscillation circuit, and in the system requiring high frequency accuracy such as UART (Universal Asynchronous Receiver-Transmitter), It is considered undesirable to apply
本発明は、上記した点に鑑みてなされたものであり、水晶発振回路によって生成される発振信号が発振停止状態となった場合に、回路電流の増大を最小限に抑えつつ発振停止状態を解消することができる半導体装置および発振回路の制御方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and when the oscillation signal generated by the crystal oscillation circuit enters an oscillation stop state, the oscillation stop state is eliminated while minimizing an increase in circuit current. An object of the present invention is to provide a semiconductor device and an oscillation circuit control method that can be used.
本発明の第1の態様に係る半導体装置は、出力電流が調整可能な電流源と、水晶振動子に接続され且つ前記電流源の出力電流が供給されるインバータと、を含み、第1の発振信号を生成する第1の発振回路と、前記第1の発振信号の発振停止を検出する検出回路と、前記第1の発振信号の発振停止が検出された場合に、第2の発振信号を生成する第2の発振回路と、前記第2の発振信号のパルス数をカウントしたカウント値が、所定期間に対応する所定値を超えた場合にオーバーフロー信号を出力するカウンタと、前記オーバーフロー信号に基づいて前記電流源の出力電流を増加させる電流制御回路と、を含む。 A semiconductor device according to a first aspect of the present invention includes a current source capable of adjusting an output current, and an inverter connected to a crystal resonator and supplied with the output current of the current source. A first oscillation circuit for generating a signal, a detection circuit for detecting an oscillation stop of the first oscillation signal, and a second oscillation signal when an oscillation stop of the first oscillation signal is detected Based on the overflow signal, a counter that outputs an overflow signal when a count value obtained by counting the number of pulses of the second oscillation signal exceeds a predetermined value corresponding to a predetermined period, and A current control circuit for increasing an output current of the current source .
本発明の第2の態様に係る発振回路の制御方法は、出力電流が調整可能な電流源と、水晶振動子に接続され且つ前記電流源の出力電流が供給されるインバータと、を含む第1の発振回路から出力される第1の発振信号の発振停止を検出し、前記第1の発振信号の発振停止が検出された場合に、第2の発振信号を生成し、前記第2の発振信号のパルス数をカウントしたカウント値が、所定期間に対応する所定値を超えた場合にオーバーフロー信号を出力し、前記オーバーフロー信号に基づいて前記電流源の出力電流を増加させることを含む。 A method for controlling an oscillation circuit according to a second aspect of the present invention includes: a current source capable of adjusting an output current; and an inverter connected to a crystal resonator and supplied with the output current of the current source. The oscillation stop of the first oscillation signal output from the oscillation circuit is detected, and when the oscillation stop of the first oscillation signal is detected, a second oscillation signal is generated, and the second oscillation signal is generated. An overflow signal is output when the count value obtained by counting the number of pulses exceeds a predetermined value corresponding to a predetermined period, and the output current of the current source is increased based on the overflow signal .
本発明によれば、水晶発振回路によって生成される発振信号が発振停止状態となった場合に、回路電流の増大を最小限に抑えつつ発振停止状態を解消することができる半導体装置および発振回路の制御方法が提供される。 According to the present invention, when an oscillation signal generated by a crystal oscillation circuit is in an oscillation stop state, the semiconductor device and the oscillation circuit capable of eliminating the oscillation stop state while minimizing an increase in circuit current are minimized. A control method is provided.
以下、本発明の実施形態の一例を、図面を参照しつつ説明する。なお、各図面において同一または等価な構成要素および部分には同一の参照符号を付与し、重複する説明は適宜省略する。 Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same or equivalent components and parts are denoted by the same reference numerals, and repeated descriptions are omitted as appropriate.
[第1の実施形態]
図1は、本発明の実施形態に係る半導体装置100の構成を示す図である。半導体装置100は、半導体装置100の外部に接続される水晶振動子13およびキャパシタCd、Cgを含んで構成される水晶発振回路10を有する。水晶振動子13およびキャパシタCgの一端は、半導体装置100の外部接続端子31に接続され、水晶振動子13の他端およびキャパシタCdの一端は、半導体装置100の外部接続端子32に接続されている。
[First embodiment]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a
水晶発振回路10は、半導体装置100の内部に収容される部分として、インバータ12、抵抗素子Rfおよび電流源11を有する。インバータ12および抵抗素子Rfは、外部接続端子31、32を介して、水晶振動子13に並列接続されている。電流源11から出力される出力電流I1は、インバータ12に供給される。電流源11は、後述する電流制御回路24から供給されるトリミングコード値S6に応じた大きさの出力電流I1を出力する。すなわち、出力電流I1は、可変である。水晶発振回路10の発振余裕度は、電流源11の出力電流I1が大きくなる程大きくなる。水晶発振回路10は、インバータ12の出力端から第1の発振信号S1を出力する。第1の発振信号S1は、発振停止検出回路21およびセレクタ26の一方の入力端に入力される。
The
発振停止検出回路21は、水晶発振回路10から供給される第1の発振信号S1が発振停止状態である場合には、ハイレベルの検出信号S2を出力し、第1の発振信号S1が発振状態である場合には、ローレベルの検出信号S2を出力する。ここで、第1の発振信号S1が発振停止状態であるとは、第1の発振信号S1が発振していない状態および第1の発振信号S1の振幅が所定値よりも小さい場合を含む。検出信号S2は、CR発振回路22、AND回路25の一方の入力端およびカウンタ23に供給される。発振停止検出回路21は、電流制御回路24から供給されるリセット信号S7に応じて第1の発振信号S1の発振停止状態の検出動作を一旦終了させた後、検出動作を再開する。
The oscillation
CR発振回路22は、抵抗素子とキャパシタを含んで構成される発振回路である。CR発振回路22は、第1の発振信号S1が発振停止状態にあることを示すハイレベルの検出信号S2が入力されている間、第2の発振信号S3を出力する。第2の発振信号S3の周波数は、第1の発振信号S1の周波数と略一致するように調整されているが、周波数精度は、第1の発振信号S1の方が、第2の発振信号S3よりも高い。第2の発振信号S3は、セレクタ26の他方の入力端およびカウンタ23に入力される。
The
カウンタ23は、検出信号S2が第1の発振信号S1が発振停止状態であることを示すハイレベルを呈する間、第2の発振信号S3のパルス数をカウントアップする。カウンタ23は、第2の発振信号S3のパルス数のカウント値が所定値に達した場合に、オーバーフロー信号S4を出力する。すなわち、発振信号S1の発振停止状態が所定期間継続した場合にオーバーフロー信号S4が出力される。カウンタ23は、電流制御回路24から供給されるリセット信号S7に応じてカウント値をリセットし、リセット後における第2の発振信号S3のパルス数のカウント値が所定値を超える度にオーバーフロー信号S4を出力する。オーバーフロー信号S4は、電流制御回路24に供給される。
The
電流制御回路24は、電流源11の出力電流I1の大きさを指定するトリミングコード値S6を出力する。電流制御回路24は、カウンタ23からオーバーフロー信号S4が出力される度にトリミングコード値S6を1ステップずつインクリメントする。これにより、電流源11の出力電流I1は、段階的に増加する。電流制御回路24は、トリミングコード値S6をインクリメントした後に、リセット信号S7を発振停止検出回路21およびカウンタ23に供給することで、これらをリセットする。電流制御回路24は、電流源11の出力電流I1を最大とするトリミングコード値をさらに1ステップインクリメントした値をトリミングコード値の最大値として生成し得る。電流制御回路24は、トリミングコード値が最大となった場合にハイレベルに遷移する限界報知信号S8をAND回路25の他方の入力端に供給する。
The
AND回路25は、限界報知信号S8と検出信号S2の論理積を選択信号S9として出力し、選択信号S9をセレクタ26に供給する。すなわち、AND回路25は、電流源11の出力電流I1を最大としても第1の発振信号S1の発振停止状態が継続している場合にハイレベルの選択信号S9を出力する。一方、AND回路25は、第1の発振信号S1が発振状態である場合には、ローレベルの選択信号S9を出力する。
The AND
セレクタ26は、ローレベルの選択信号S9が入力された場合(すなわち、第1の発振信号S1が発振状態である場合)には、一方の入力端に入力される第1の発振信号S1を選択し、これを出力端から出力する。一方、セレクタ26は、ハイレベルの選択信号S9が入力された場合(すなわち、電流源11の出力電流I1を最大としても第1の発振信号S1の発振停止状態が継続している場合)には、他方の入力端に入力される第2の発振信号S3を選択し、これを出力端から出力する。セレクタ26から選択的に出力される第1の発振信号S1および第2の発振信号S3は、半導体装置100内の他の回路または半導体装置100の外部の回路に供給され得る。
The
以下に、半導体装置100の動作について説明する。図2は、半導体装置100の動作の一例を示すタイミングチャートである。図2には、上から順に、第1の発振信号S1、検出信号S2、第2の発振信号S3、カウンタ23のカウント値、オーバーフロー信号S4、トリミングコード値S6、リセット信号S7および電流源11の出力電流I1が示されている。
Hereinafter, the operation of the
時刻t1において、水晶発振回路10から出力された第1の発振信号S1が発振停止状態となると、発振停止検出回路21は、ハイレベルの検出信号S2を出力する。検出信号S2がハイレベルに遷移すると、CR発振回路22は、動作を開始し、第2の発振信号S3を生成する。
At time t1, when the first oscillation signal S1 output from the
カウンタ23は、検出信号S2が第1の発振信号S1が発振停止状態であることを示すハイレベルを呈する間、CR発振回路22から出力される第2の発振信号S3のパルス数をカウントアップする。カウンタ23は、第2の発振信号S3のパルス数のカウント値が、時刻t2において所定値に達すると、オーバーフロー信号S4を出力し、これを電流制御回路24に供給する。
The counter 23 counts up the number of pulses of the second oscillation signal S3 output from the
電流制御回路24は、オーバーフロー信号S4を受信すると、トリミングコード値を初期値である[A]から1ステップインクリメントして[A+1]とする。これにより、時刻t3において、電流源11の出力電流I1は、1ステップ増加する。電流制御回路24は、トリミングコード値をインクリメントした後、リセット信号S7を発振停止検出回路21およびカウンタ23に供給する。
When receiving the overflow signal S4, the
発振停止検出回路21は、リセット信号S7を受信すると、第1の発振信号S1における発振停止状態の検出動作を一旦リセットする。これにより、検出信号S2は、一旦ローレベルに遷移する。これにより、CR発振回路22は、第2の発振信号S3の出力を一旦停止させる。発振停止検出回路21は、その後、検出動作を再開する。カウンタ23は、リセット信号S7を受信すると、第2の発振信号S3のパルス数のカウント値をリセットする。
When receiving the reset signal S7, the oscillation
図2に示すように、電流源11の出力電流I1が、トリミングコード値[A+1]に対応する大きさに増加された後においても発振信号S1において発振停止状態が継続している場合には、検出信号S2は再びハイレベルに遷移する。これにより、CR発振回路22から第2の発振信号S3が出力され、カウンタ23は、第2の発振信号S3のパルス数のカウントを改めて実施する。カウンタ23のカウント値が、時刻t4において再び所定値に達すると、カウンタ23は、オーバーフロー信号S4を再度出力し、これを電流制御回路24に供給する。
As shown in FIG. 2, when the oscillation stop state continues in the oscillation signal S1 even after the output current I1 of the current source 11 is increased to a magnitude corresponding to the trimming code value [A + 1], The detection signal S2 changes to the high level again. Thereby, the second oscillation signal S3 is output from the
電流制御回路24は、オーバーフロー信号S4を再度受信すると、トリミングコード値を[A+1]から更に1ステップインクリメントして[A+2]とする。これにより、時刻t5において、電流源11の出力電流I1は、更に1ステップ増加する。電流制御回路24は、トリミングコード値をインクリメントした後、リセット信号S7を発振停止検出回路21およびカウンタ23に供給する。
When receiving the overflow signal S4 again, the
図2に示すように、電流源11の出力電流I1が、トリミングコード値[A+2]に対応する大きさに増加された後、カウンタ23のカウント値が所定値に達する前の時刻t6において、第1の発振信号S1の発振停止状態が解消され、発振状態となった場合には、検出信号S2はローレベルに遷移し、CR発振回路22およびカウンタ23は、その動作を停止させる。そして、電流制御回路24において、トリミングコード値[A+2]が保持される。これにより、水晶発振回路10を構成するインバータ12には、トリミングコード値[A+2]に対応する大きさの電流の供給が維持される。検出信号S2がローレベルとなることで、AND回路25の出力信号である選択信号S9はローベルとなり、セレクタ26は、水晶発振回路10によって生成された第1の発振信号S1を選択して出力する。
As shown in FIG. 2, after the output current I1 of the current source 11 is increased to a magnitude corresponding to the trimming code value [A + 2], at time t6 before the count value of the
一方、電流源11の出力電流I1が調整範囲の最大値にまで増加された後においても、第1の発振信号S1の発振停止状態が解消されない場合には、電流制御回路24は、カウンタ23から出力されるオーバーフロー信号S4基づいて、トリミングコード値をさらに1ステップインクリメントした値をトリミングコード値の最大値として生成する。電流制御回路24は、トリミングコード値が最大となった場合に、ハイレベルを呈する限界報知信号S8を生成し、これをAND回路25に供給する。これにより、AND回路25の出力信号である選択信号S9はハイレベルとなり、セレクタ26は、CR発振回路22によって生成された第2の発振信号S3を選択して出力する。
On the other hand, if the oscillation stop state of the first oscillation signal S1 is not canceled even after the output current I1 of the current source 11 has been increased to the maximum value of the adjustment range, the
以上のように、本発明の実施形態に係る半導体装置100は、第1の発振信号S1の発振停止状態が所定期間継続した場合に、電流源11の出力電流I1を増加させる。また、電流源11の出力電流I1が増加された後、第1の発振信号S1の発振停止状態が所定期間継続した場合に電流源11の出力電流I1を更に増加させる処理を繰り返し実施する。すなわち、半導体装置100は、第1の発振信号S1の発振停止状態が継続している間、電流源11の出力電流I1を段階的に増加させることにより、発振停止状態の解消を試みる。
As described above, the
本発明の実施形態に係る半導体装置100によれば、水晶発振回路10によって生成される第1の発振信号S1が、ノイズや基板の結露等の外的要因によって発振停止状態になった場合でも、電流源11の出力電流I1を増加させ、発振余裕度を大きくする方向に自動調整されるので、発振停止状態を自動的に解消させることができる。従って、高信頼性が要求させるシステムに本実施形態に係る半導体装置100を適用することが可能である。
According to the
また、本発明の実施形態に係る半導体装置100によれば、電流源11の出力電流I1は、段階的に増加するので、出力電流I1の増加量を、発振停止状態を解消させるために必要な最小限の増加量に抑えることができる。すなわち、本実施形態に係る半導体装置100によれば、回路電流の増大を最小限に抑えつつ第1の発振信号S1における発振停止状態を解消させることができる。
In addition, according to the
ここで、水晶発振回路の発振余裕度は、水晶発振回路を構成するキャパシタの種類、水晶発振回路を搭載するプリント基板の容量および配線パターン等の影響を大きく受ける。このため、メーカ側で設定された発振余裕度は、ユーザ側で再現されない場合がある。従って、発振回路の信頼性を重視する場合には、メーカ側で発振余裕度を高めに設定しておくという対処方法が考えられる。しかしながら、この場合、回路電流が規格値を超えてしまう場合がある。また、ユーザ側で、所望の発振余裕度が得られるように、キャパシタの選定や、プリント基板の配線パターンの調整を何度も繰り返すことがなされていた。 Here, the oscillation margin of the crystal oscillation circuit is greatly affected by the type of capacitor constituting the crystal oscillation circuit, the capacitance of the printed circuit board on which the crystal oscillation circuit is mounted, the wiring pattern, and the like. For this reason, the oscillation margin set on the manufacturer side may not be reproduced on the user side. Therefore, when importance is attached to the reliability of the oscillation circuit, a countermeasure method can be considered in which the manufacturer sets the oscillation margin higher. However, in this case, the circuit current may exceed the standard value. Further, the user has repeatedly selected the capacitor and adjusted the wiring pattern of the printed circuit board so that a desired oscillation margin can be obtained.
本実施形態に係る半導体装置100によれば、キャパシタの種類、プリント基板の容量および配線パターン等が変化した場合でも、第1の発振信号S1が発振状態を維持するように、電流源11の出力電流I1が自動調整されるので、発振余裕度を高めに設定しておくといった対処が不要となり、回路電流の増大を抑えることができる。また、本実施形態に係る半導体装置100によれば、発振余裕度は、外的要因に対して適応的に調整されるので、キャパシタの選定やプリント基板の配線パターンの調整を何度も繰り返すといった作業が不要となる。
According to the
また、本発明の実施形態に係る半導体装置100は、CR発振回路22を内蔵し、電流源11の出力電流I1が最大値に増加された後、第1の発振信号S1の発振停止状態が所定期間継続した場合には、CR発振回路22によって生成された第2の発振信号S3を出力する。一方、半導体装置100は、電流源11の出力電流I1が最大値に増加される前または電流源11の出力電流I1が最大値に増加されてから所定期間が経過する前に第1の発振信号S1が発振状態となった場合には、水晶発振回路10によって生成された第1の発振信号S1を出力する。
In addition, the
すなわち、本実施形態に係る半導体装置100によれば、第1の発振信号S1における発振停止状態の解消を試みた結果、発振停止状態が解消されない場合に、CR発振回路22による第2の発振信号S3が出力される。このように、CR発振回路22によって生成される第2の発振信号S3を補助的に使用することで、システムが停止してしまうことを防止することができる。また、CR発振回路22によって生成される第2の発振信号S3が出力されるのは、第1の発振信号S1において、発振停止状態が解消されない場合に限られるので、第1の発振信号S1が発振停止状態になった場合に直ちに第2の発振信号S3を出力する場合と比較して、周波数精度のより高い第1の発振信号S1の使用率を高めることができる。
That is, according to the
[第2の実施形態]
図3は、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置101の構成を示す図である。半導体装置101は、カウンタ23がオーバーフロー信号S4を出力するカウント値に対応する値を書き込みおよび書き換え可能なコンペアレジスタ27を更に含む。すなわち、半導体装置101において、カウンタ23は、第2の発振信号S3のパルス数のカウント値が、コンペアレジスタ27に書き込まれた値に達した場合に、オーバーフロー信号S4を出力する。なお、カウンタ23とコンペアレジスタ27との関係は、一般的なMCUに搭載されるコンペアマッチタイマと略同じ構成となっている。
[Second Embodiment]
FIG. 3 is a diagram showing a configuration of the
また、本実施形態に係る半導体装置101において、電流制御回路24から出力されるトリミングコード値を半導体装置101の外部から設定することが可能となっている。すなわち、電流源11の出力電流I1の大きさを半導体装置101の外部から設定することが可能となっている。
In the
コンペアレジスタ27への値の書き込み、書き換えおよびトリミングコード値の設定は、例えば、半導体装置101の外部に設けられたCPU200からの指令に基づいて行うことが可能である。コンペアレジスタ27は、外部接続端子33およびデータバス210を介してCPU200に接続可能となっている。同様に、電流制御回路24は、外部接続端子34およびデータバス210を介してCPU200に接続可能となっている。また、カウンタ23から出力されるオーバーフロー信号S4は、外部接続端子35およびデータバス210を介してCPU200に供給可能となっている。
For example, writing of values to the compare
本実施形態に係る半導体装置101によれば、コンペアレジスタ27に例えば1000を書き込んだ場合には、カウンタ23は、第2の発振信号S3のパルス数を1000カウントしたときにオーバーフロー信号S4を出力する。すなわち、本実施形態に係る半導体装置101によれば、第1の発振信号S1が発振停止状態となってからオーバーフロー信号S4が出力されるまでの時間および電流源11の出力電流I1が増加されてからオーバーフロー信号S4が出力されるまでの時間(以下、これらをオーバーフロー時間と称する)を、半導体装置101の外部から任意の時間に設定することが可能である。
According to the
本実施形態に係る半導体装置101によれば、電流源11の出力電流I1を一定に維持したまま、コンペアレジスタ27に書き込む値を順次変化させ、各書込み値に対してオーバーフロー信号S4が出力されるか否かをモニタすることで、第1の発振信号S1における発振開始時間を推定することができる。ここで、発振開始時間とは、図4に示すように、水晶発振回路10が起動またはリセットされてから、第1の発振信号S1の振幅が所定値に達するまでの時間である。例えば、電流源11の出力電流I1を一定に維持した状態で、コンペアレジスタ27に1000を書き込んだ場合にオーバーフロー信号S4が出力され、コンペアレジスタ27に1100を書き込んだ場合にオーバーフロー信号S4が出力されない場合には、水晶発振回路10における当該出力電流I1での発振開始時間は、1000カウントと1100カウントの間の時間であると推定できる。
According to the
ここで、水晶発振回路10における発振開始時間と発振余裕度とは相関があることが知られている。例えば、図4に示すように、発振余裕度が相対的に小さい場合における発振開始時間T1は、発振余裕度が相対的に大きい場合にける発振開始時間T2よりも長くなる。すなわち、本実施形態に係る半導体装置101によれば、発振開始時間と発振余裕度との関係を予め取得しておくことで、上記のようにして推定した発振開始時間から発振余裕度を推定することができる。
Here, it is known that the oscillation start time and the oscillation margin in the
また、本実施形態に係る半導体装置101によれば、オーバーフロー時間を任意の値に設定することができるので、発振開始時間の上限をユーザ側で設定することができる。換言すれば、コンペアレジスタ27に書き込む値によって、水晶発振回路10の発振余裕度の下限をユーザ側で設定することができ、ユーザの利便性を高めることができる。また、本実施形態に係る半導体装置101によれば、キャパシタCd、Cgおよびプリント基板の配線パターンの影響を加味した状態で発振余裕度を決定することができるので、所望の発振余裕度を得るために、部品の選定や配線パターンの変更を繰り返すといった作業が不要となる。
Further, according to the
なお、水晶発振回路10は、本発明における第1の発振回路の一例である。発振停止検出回路21、CR発振回路22、カウンタ23、電流制御回路24、AND回路25およびセレクタ26を含む回路群は、本発明における制御回路の一例である。発振停止検出回路21は、本発明における検出回路の一例である。CR発振回路22は、本発明における第2の発振回路の一例である。カウンタ23は、本発明におけるカウンタの一例である。電流制御回路24は、本発明における電流制御回路の一例である。セレクタ26は、本発明におけるセレクタの一例である。コンペアレジスタ27は、本発明におけるレジスタの一例である。
The
10 水晶発振回路
11 電流原
12 インバータ
13 水晶振動子
21 発振停止検出回路
22 CR発振回路
23 カウンタ
24 電流制御回路
26 セレクタ
27 コンペアレジスタ
100、101 半導体装置
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記第1の発振信号の発振停止を検出する検出回路と、
前記第1の発振信号の発振停止が検出された場合に、第2の発振信号を生成する第2の発振回路と、
前記第2の発振信号のパルス数をカウントしたカウント値が、所定期間に対応する所定値を超えた場合にオーバーフロー信号を出力するカウンタと、
前記オーバーフロー信号に基づいて前記電流源の出力電流を増加させる電流制御回路と、
を含む半導体装置。 A first oscillation circuit for generating a first oscillation signal, comprising: a current source capable of adjusting an output current; and an inverter connected to a crystal resonator and supplied with the output current of the current source;
A detection circuit for detecting oscillation stop of the first oscillation signal;
A second oscillation circuit that generates a second oscillation signal when oscillation stop of the first oscillation signal is detected;
A counter that outputs an overflow signal when a count value obtained by counting the number of pulses of the second oscillation signal exceeds a predetermined value corresponding to a predetermined period;
A current control circuit for increasing the output current of the current source based on the overflow signal;
A semiconductor device including:
前記電流制御回路は、前記オーバーフロー信号が出力される度に前記電流源の出力電流を増加させる
請求項1に記載の半導体装置。 The counter resets the count value when the output current of the current source is increased, and outputs the overflow signal every time the count value after reset exceeds the predetermined value,
The semiconductor device according to claim 1 , wherein the current control circuit increases an output current of the current source every time the overflow signal is output.
を更に含む請求項1または請求項2に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, further comprising:
請求項3に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 3.
前記セレクタは、前記指令値が最大となった場合に、前記第2の発振信号を選択して出力する
請求項3に記載の半導体装置。 The current control circuit controls the output current of the current source by a command value incremented each time the overflow signal is output,
The semiconductor device according to claim 3 , wherein the selector selects and outputs the second oscillation signal when the command value becomes maximum.
請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1 , wherein the second oscillation circuit is a CR oscillation circuit.
前記カウンタは、前記第2の発振信号のパルス数のカウント値が、前記レジスタに書き込まれた値に達した場合に、前記オーバーフロー信号を出力する
請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の半導体装置。 The counter further includes a register capable of writing and rewriting a value corresponding to a count value for outputting the overflow signal,
The counter, the number of pulses of the count value of the second oscillation signal, when it reaches the value written in the register, to any one of claims 1 to 6 for outputting the overflow signal The semiconductor device described.
前記第1の発振信号の発振停止が検出された場合に、第2の発振信号を生成し、
前記第2の発振信号のパルス数をカウントしたカウント値が、所定期間に対応する所定値を超えた場合にオーバーフロー信号を出力し、
前記オーバーフロー信号に基づいて前記電流源の出力電流を増加させる
発振回路の制御方法。 And output current adjustable current source, an inverter output current of the connected and the current source to the crystal oscillator is supplied, the oscillation stop of the first oscillation signal outputted from the first oscillation circuit comprising Detect
A second oscillation signal is generated when an oscillation stop of the first oscillation signal is detected;
When the count value obtained by counting the number of pulses of the second oscillation signal exceeds a predetermined value corresponding to a predetermined period, an overflow signal is output,
An oscillation circuit control method for increasing an output current of the current source based on the overflow signal .
請求項8に記載の制御方法。 The control method according to claim 8.
請求項8または請求項9に記載の制御方法。 The control method according to claim 8 or 9, wherein the predetermined period is variable.
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