JP7003652B2 - 発振器、クロック信号生成装置、電子機器及び移動体 - Google Patents

発振器、クロック信号生成装置、電子機器及び移動体 Download PDF

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Description

本発明は、発振器、クロック信号生成装置、電子機器及び移動体に関する。
高信頼性が要求される多重化システムとして、例えば、特許文献1には、複数の発振器のクロック信号源を複数の分周器で分周し、複数の分周器が出力するクロック信号を複数のカウンターでカウントし、複数のカウンターのカウント値を比較器で相互比較し、その結果により正常なクロック信号を選択送出する計算機装置が記載されている。
特開平10-20961号公報
しかしながら、特許文献1に記載の計算機装置では、発振器を実装する他に計算機装置側で発振器同士を相互に比較し、正常なクロック信号を判断して選択する必要があり、装置の小型化や低コスト化が難しいという問題があった。このような問題は、発振器のユーザー利便性が悪いことに起因するものである。
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明のいくつかの態様によれば、多重化可能かつユーザー利便性に優れた発振器を提供することができる。また、本発明のいくつかの態様によれば、多重化可能かつユーザー利便性に優れた発振器を複数用いたクロック信号生成装置を提供することができる。また、本発明のいくつかの態様によれば、当該クロック信号生成装置を用いた電子機器及び移動体を提供することができる。
本発明は前述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の態様または適用例として実現することが可能である。
[適用例1]
本適用例に係る発振器は、回路装置と、クロック出力端子と、エラー信号を出力するエラー出力端子と、クロック入力端子と、を備え、前記回路装置は、クロック信号を生成するクロック信号生成回路と、前記エラー信号を生成するエラー信号生成回路と、前記エラー信号に基づいて前記クロック信号と前記クロック入力端子から入力された信号との一方を選択し、前記クロック出力端子から出力する選択回路と、を含む。
本適用例に係る発振器では、エラーが発生したか否かによって、クロック信号生成回路が生成したクロック信号とクロック入力端子から入力された信号とが切り替わる。従って、例えば、本適用例に係る発振器を2つ用いて、第1の発振器のクロック入力端子と第2の発振器のクロック出力端子とを電気的に接続することにより、第1の発振器にエラーが発生した場合に、第1の発振器のクロック出力端子から第2の発振器が生成したクロック信号が出力される装置を実現することができる。従って、本適用例によれば、多重化可能かつユーザー利便性に優れた発振器を提供することができる。
[適用例2]
上記適用例に係る発振器において、前記クロック信号生成回路は、前記クロック信号の元となる発振信号を出力する発振回路を有し、前記回路装置は、前記発振信号の振幅を検出する振幅検出回路を含み、前記エラー信号生成回路は、前記振幅検出回路の検出結果に基づいて前記エラー信号を生成してもよい。
本適用例に係る発振器によれば、発振回路が出力する発振信号の振幅に基づいてクロック信号生成回路の異常を検知してクロック出力端子から出力される信号を自動的に切り替えることができる。
[適用例3]
上記適用例に係る発振器において、前記エラー信号生成回路は、前記振幅検出回路の検出結果と閾値とを比較し、比較結果に基づいて前記エラー信号を生成し、前記閾値が可変であってもよい。
本適用例に係る発振器によれば、発振回路の特性に応じてエラー信号を生成するための閾値を調整することができるので、クロック信号生成回路の異常を的確に検知してクロック出力端子から出力される信号を切り替えることができる。
[適用例4]
上記適用例に係る発振器において、前記回路装置は、前記クロック信号生成回路に流れる電流を検出する電流検出回路を含み、前記エラー信号生成回路は、前記電流検出回路の検出結果に基づいて前記エラー信号を生成してもよい。
本適用例に係る発振器において、前記エラー信号生成回路は、前記電流検出回路の検出結果をと閾値とを比較し、比較結果に基づいて前記エラー信号を生成し、前記閾値が可変であってもよい。
本適用例に係る発振器によれば、クロック信号生成回路に流れる電流に基づいてクロック信号生成回路の異常を検知してクロック出力端子から出力される信号を自動的に切り替えることができる。
[適用例5]
上記適用例に係る発振器は、前記クロック出力端子からの信号の出力を制御する制御信号が入力される制御端子を備えていてもよい。
本適用例によれば、クロック出力端子からの信号の出力を制御可能なユーザー利便性に優れた発振器を提供することができる。また、例えば、本適用例に係る発振器を2つ用いて、第1の発振器のクロック入力端子と第2の発振器のクロック出力端子とを電気的に接続し、かつ、第1の発振器のエラー出力端子と第2の発振器の制御端子とを電気的に接続することにより、第1の発振器にエラーが発生するまでは第2の発振器のクロック出力端子からのクロック信号の出力を停止することで第2の発振器の消費電力を低減させ、第1の発振器にエラーが発生した場合に、第1の発振器のクロック出力端子から第2の発振器が生成したクロック信号が出力される装置を実現することができる。従って、本適用例によれば、多重化可能かつユーザー利便性に優れた発振器を提供することができる。
[適用例6]
上記適用例に係る発振器において、前記回路装置は、第1の辺と、前記第1の辺と対向する第2の辺と、を有し、前記クロック入力端子は、前記第1の辺に沿って設けられ、前記クロック出力端子は、前記第2の辺に沿って設けられていてもよい。
本適用例に係る発振器によれば、クロック入力端子とクロック出力端子とが互いに離れた位置に設けられているので、異物の混入等によりクロック入力端子とクロック出力端子とがショートする確率が低減される。従って、本適用例に係る発振器によれば、クロック出力端子から出力される信号がクロック入力端子を介して帰還するループが形成されることによりクロック出力端子から誤った信号が出力されるおそれを低減させることができる。
[適用例7]
本適用例に係るクロック信号生成装置は、第1の発振器と、第2の発振器と、を備え、前記第1の発振器は、第1の回路装置と、第1のクロック出力端子と、第1のエラー信号を出力する第1のエラー出力端子と、第1のクロック入力端子と、を備え、前記第1の回路装置は、第1のクロック信号を生成する第1のクロック信号生成回路と、前記第1のエラー信号を生成する第1のエラー信号生成回路と、前記第1のエラー信号に基づいて前記第1のクロック信号と前記第1のクロック入力端子から入力された信号との一方を選択し、前記第1のクロック出力端子から出力する第1の選択回路と、を含み、前記第2の発振器は、第2の回路装置と、第2のクロック出力端子と、第2のエラー信号を出力する第2のエラー出力端子と、第2のクロック入力端子と、を備え、前記第2の回路装置は、第2のクロック信号を生成する第2のクロック信号生成回路と、前記第2のエラー信号を生成する第2のエラー信号生成回路と、前記第2のエラー信号に基づいて前記第2のクロック信号と前記第2のクロック入力端子から入力された信号との一方を選択し、前記第2のクロック出力端子から出力する第2の選択回路と、を含み、前記第1のクロック入力端子と前記第2のクロック出力端子とが電気的に接続されている。
本適用例に係るクロック信号生成装置では、第1の発振器は、エラーが発生したか否かによって、第1のクロック信号生成回路が生成した第1のクロック信号と第1のクロック入力端子から入力された信号とが切り替わる。同様に、第2の発振器は、エラーが発生したか否かによって、第2のクロック信号生成回路が生成した第2のクロック信号と第2のクロック入力端子から入力された信号とが切り替わる。そして、第2の発振器の第2のクロック出力端子から出力される信号が、第1の発振器の第1のクロック入力端子に入力される。従って、本適用例に係るクロック信号生成装置によれば、第1の発振器にエラーが発生した場合でも、第2の発振器が正常であれば、第1の発振器の第1のクロック出力端子から第2の発振器が生成した第2のクロック信号を出力することができる。また、本適用例に係るクロック信号生成装置によれば、第1の発振器と第2の発振器がシリアルに接続されることにより、第1の発振器が生成する第1のクロック信号と第2の発振器が生成する第2のクロック信号とのいずれか一方を選択する選択回路が不要である。従って、本適用例に係るクロック信号生成装置を用いることで多重化システムを低コストで実現することが可能である。
また、本適用例に係るクロック信号生成装置では、第2の発振器の後段にさらに第3の発振器をシリアルに接続することも可能であり、第1の発振器と第2の発振器がともに異常となった場合でも、第3の発振器が正常であれば、第1の発振器の第1のクロック出力端子から第3の発振器が生成した第3のクロック信号を出力することができる。すなわち、本適用例に係るクロック信号生成装置は、拡張性にも優れている。
[適用例8]
上記適用例に係るクロック信号生成装置において、前記第1の発振器は、前記第1のクロック出力端子からの信号の出力を制御する第1の制御信号が入力される第1の制御端子を備え、前記第2の発振器は、前記第2のクロック出力端子からの信号の出力を制御する第2の制御信号が入力される第2の制御端子を備え、前記第1のエラー出力端子と前記第2の制御端子とが電気的に接続されていてもよい。
本適用例に係るクロック信号生成装置では、第1の発振器の第1の制御端子から入力される第1の制御信号に応じて第1のクロック出力端子からの信号の出力を制御可能である。また、本適用例に係るクロック信号生成装置では、第1の発振器の第1のエラー出力端子から出力される第1のエラー信号が第2の発振器の第2の制御端子に入力されるので、第1の発振器にエラーが発生するまでは第2の発振器の第2のクロック出力端子からの第2のクロック信号の出力を停止することで第2の発振器の消費電力を低減させ、第1の発振器にエラーが発生した場合に、第1の発振器の第1のクロック出力端子から第2の発振器が生成した第2のクロック信号を出力することができる。従って、本適用例によれば、ユーザー利便性に優れたクロック信号生成装置を提供することができる。
[適用例9]
上記適用例に係るクロック信号生成装置において、前記第1のエラー出力端子及び前記第2のエラー出力端子はCMOS出力端子であってもよい。
本適用例によれば、例えば、クロック入力端子、第1のエラー入力端子及び第2のエラー入力端子を有するホストと本適用例に係るクロック信号生成装置とを含み、ホストのクロック入力端子と第1の発振器の第1のクロック出力端子とが電気的に接続され、ホストの第1のエラー入力端子と第1の発振器の第1のエラー出力端子とが電気的に接続され、ホストの第2のエラー入力端子と第2の発振器の第2のエラー出力端子とが電気的に接続されたシステムを構成することができる。当該システムにおいて、ホストは、第1のエラー入力端子から入力される第1のエラー信号がローレベルかハイレベルかによって第1の発振器が正常であるか異常であるかを判断することができるとともに、第2のエラー入力端子から入力される第2のエラー信号がローレベルかハイレベルかによって第2の発振器が正常であるか異常であるかを判断することができる。
[適用例10]
上記適用例に係るクロック信号生成装置において、前記第1のエラー出力端子及び前記第2のエラー出力端子はオープンドレイン出力端子であってもよい。
本適用例によれば、例えば、クロック入力端子及びエラー入力端子を有するホストと本適用例に係るクロック信号生成装置とを含み、ホストのクロック入力端子と第1の発振器の第1のクロック出力端子とが電気的に接続され、ホストのエラー入力端子と第1の発振器の第1のエラー出力端子及び第2の発振器の第2のエラー出力端子とが電気的に接続され、ホストのエラー入力端子とプルダウン抵抗あるいはプルアップ抵抗とが電気的にされたシステムを構成することができる。例えば、当該システムにおいて、ホストは、エラー入力端子から入力される信号がローレベルかハイレベルかによって第1の発振器及び第2の発振器の少なくとも一方が異常であるか第1の発振器及び第2の発振器がともに正常であるかを判断することができる。
[適用例11]
本適用例に係る電子機器は、上記のいずれかのクロック信号生成装置と、前記第1のエラー信号及び前記第2のエラー信号に基づくエラー表示を行う表示部と、を備えている。
[適用例12]
本適用例に係る移動体は、上記のいずれかのクロック信号生成装置を備えている。
これらの適用例によれば、複数の発振器が多重化されたクロック信号生成装置を備えた、より信頼性の高い電子機器及び移動体を実現することができる。
本実施形態の発振器の斜視図。 本実施形態の発振器の断面図。 本実施形態の発振器の底面図。 本実施形態の発振器の機能ブロック図。 出力停止機能が選択されているときの、制御端子の論理レベル、発振回路の発振状態、エラー出力端子の論理レベル及びクロック出力端子から出力される信号の関係を示す図。 スタンバイ機能が選択されているときの、制御端子の論理レベル、発振回路の発振状態、エラー出力端子の論理レベル及びクロック出力端子から出力される信号の関係を示す図。 本実施形態のクロック信号生成装置とホストとを含む多重化システムの構成例を示す図。 発振器の各端子の信号波形の一例を示す図。 発振器の各端子の信号波形の他の一例を示す図。 発振器の各端子の信号波形の他の一例を示す図。 発振器の各端子の信号波形の他の一例を示す図。 本実施形態のクロック信号生成装置とホストとを含む多重化システムの他の構成例を示す図。 本実施形態のクロック信号生成装置とホストとを含む多重化システムの他の構成例を示す図。 本実施形態の電子機器の機能ブロック図。 本実施形態の電子機器の外観の一例を示す図。 本実施形態の移動体の一例を示す図。
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.発振器
[発振器の構造]
図1~図3は、本実施形態の発振器1の構造の一例を示す図である。図1は、発振器1の斜視図であり、図2は、図1のA-A’断面図である。また、図3は、発振器1の底面図である。
図1~図3に示すように、発振器1は、回路装置である発振IC(Integrated Circuit)2、振動子3、外部端子(外部電極)6を有し、さらにパッケージ4、リッド(蓋)5などを含んで構成されている。本実施形態では、振動子3は、基板材料として水晶を用いた水晶振動子であり、例えば、ATカット水晶振動子や音叉型水晶振動子等である。ただし、振動子3は、例えば、SAW(Surface Acoustic Wave)共振子、その他の圧電振動子やMEMS(Micro Electro Mechanical Systems)振動子などであってもよい。また、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、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。
パッケージ4は、発振IC2と振動子3とを同一空間内に収容する。具体的には、パッケージ4には、凹部が設けられており、リッド5で凹部を覆うことによって収容室7となる。パッケージ4の内部又は凹部の表面には、発振IC2の2つの端子(後述する図4の
T7端子及びT8端子)と振動子3の2つの電極(励振電極3a,3b)とをそれぞれ電気的に接続するための不図示の配線が設けられている。また、パッケージ4の内部又は凹部の表面には、発振IC2の各端子と対応する各外部端子6とを電気的に接続するための不図示の配線が設けられている。なお、パッケージ4は、発振IC2と振動子3とを同一空間内に収容する構成には限られない。例えば、発振IC2がパッケージの基板の一方の面に搭載され、振動子3が他方の面に搭載される、いわゆるH型のパッケージであってもよい。
振動子3は、その表面及び裏面にそれぞれ金属の励振電極3a,3bを有しており、励振電極3a,3bを含む振動子3の形状や質量に応じた所望の周波数(発振器1に要求される周波数)で発振する。
図3に示すように、発振器1は底面(パッケージ4の裏面)に、6個の外部端子6として、制御端子OE/XST、クロック入力端子CLKIN、接地端子GND、電源端子VCC、エラー出力端子ERR及びクロック出力端子OUTが設けられている。発振器1(パッケージ4)は、第1の辺8aと、第1の辺8aと対向する第2の辺8bとを有しており、制御端子OE/XST、クロック入力端子CLKIN及び接地端子GNDは第1の辺8aに沿って設けられ、電源端子VCC、エラー出力端子ERR及びクロック出力端子OUTは第2の辺8bに沿って設けられている。
[発振器の機能構成]
図4は本実施形態の発振器1の機能ブロック図である。図4に示すように、本実施形態の発振器1は、発振IC2と振動子3とを含んで構成されている。発振IC2は、8個の端子T1~T8を有している。端子T1~T6は、それぞれ、発振器1の制御端子OE/XST、クロック入力端子CLKIN、接地端子GND、電源端子VCC、エラー出力端子ERR及びクロック出力端子OUTと電気的に接続されている。また、端子T7は振動子3の一端(一方の端子)と接続され、端子T8は振動子3の他端(他方の端子)と接続されている。
本実施形態では、発振IC2は、クロック信号生成回路21、選択回路22、振幅検出回路23、電流検出回路24、エラー信号生成回路25、制御回路26、記憶回路27及びインターフェース回路28を含んで構成されている。なお、発振IC2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。
クロック信号生成回路21は、クロック信号を生成する。本実施形態では、クロック信号生成回路21は、発振回路211とバッファー212とを含む。発振回路211は、発振IC2のT7端子から入力される振動子3の出力信号を増幅回路(不図示)によって増幅し、増幅した信号を発振IC2のT8端子を介して振動子3にフィードバックすることで、振動子3を発振させ、振動子3の発振に基づく発振信号を出力する。本実施形態では、発振回路211は、制御回路26から出力される発振停止信号が非アクティブ(例えば、ローレベル)のときに振動子を発振させる動作(発振動作)を行い、発振停止信号がアクティブ(例えば、ハイレベル)のときは発振動作を停止する。バッファー212は、発振回路211から出力される発振信号を増幅したクロック信号を出力する。すなわち、発振回路211から出力される発振信号は、クロック信号の元となる信号である。
選択回路22は、エラー信号生成回路25が生成するエラー信号に基づいて、クロック信号生成回路21が生成したクロック信号とクロック入力端子CLKINから端子T2を介して入力された信号との一方を選択し、選択した信号を、端子T6を介してクロック出力端子OUTから出力する。本実施形態では、選択回路22は、マルチプレクサー221と出力バッファー222とを含む。マルチプレクサー221は、エラー信号がローレベル
のときはクロック信号生成回路21が生成したクロック信号を選択して出力し、エラー信号がハイレベルのときはクロック入力端子CLKINから端子T2を介して入力された信号を選択して出力する。出力バッファー222は、制御回路26から出力される出力イネーブル信号がアクティブ(例えば、ハイレベル)のときはマルチプレクサー221から出力される信号をバッファリングしてクロック出力端子OUTから出力し、出力イネーブル信号が非アクティブ(例えば、ローレベル)のときはローレベルの信号を出力する。
振幅検出回路23は、発振回路211から出力される発振信号の振幅を検出する。例えば、振幅検出回路23は、発振回路211から出力される発振信号を全波整流し、全波整流された信号を積分することにより、発振信号の振幅を検出してもよい。
電流検出回路24は、クロック信号生成回路21に流れる電流を検出する。本実施形態では、電流検出回路24は、抵抗241と電圧変換回路242とを含む。抵抗241は、一端が端子T4と電気的に接続され、他端が発振回路211と電気的に接続されている。電圧変換回路242は、抵抗241に電流が流れることにより生じる抵抗241の両端の電位差に相当する電圧を出力する。
エラー信号生成回路25は、発振器1の発振動作が正常か異常かを示すエラー信号を生成する。本実施形態では、エラー信号生成回路25は、振幅検出回路23の検出結果に基づいてエラー信号を生成する。具体的には、エラー信号生成回路25は、振幅検出回路23から出される信号の電圧(検出結果)と所定の閾値VT1とを比較し、比較結果に基づいてエラー信号を生成する。例えば、エラー信号生成回路25は、振幅検出回路23から出される信号の電圧が閾値VT1以上のときは発振動作が正常であることを示す非アクティブ(例えば、ローレベル)のエラー信号を生成し、振幅検出回路23から出される信号の電圧が閾値VT1よりも低いときは発振動作が異常であることを示すアクティブ(例えば、ハイレベル)のエラー信号を生成してもよい。発振回路211から出力される発振信号の振幅がバッファー212の論理閾値(例えば、電源電圧の50%)よりも小さくなるとバッファー212から出力される信号がローレベルに固定されるため、クロック出力端子OUTからクロック信号が出力されなくなる。例えば、制御回路26から出力される出力イネーブル信号がアクティブであってもクロック出力端子OUTからクロック信号が出力されない状態となる前にアクティブのエラー信号が生成されるように、閾値VT1が設定されていてもよい。本実施形態では、発振器1の外部から記憶回路27に閾値VT1を設定可能になっており、閾値VT1が可変である。
また、エラー信号生成回路25は、電流検出回路24の検出結果に基づいてエラー信号を生成し、生成したエラー信号を、端子T5を介してエラー出力端子ERRから出力する。具体的には、エラー信号生成回路25は、電流検出回路24から出される信号の電圧(検出結果)と所定の下限閾値VT2及び上限閾値VT3とを比較し、比較結果に基づいてエラー信号を生成する。例えば、エラー信号生成回路25は、電流検出回路24から出される信号の電圧が下限閾値VT2以上かつ上限閾値VT3以下のときは非アクティブのエラー信号を生成し、電流検出回路24から出される信号の電圧が下限閾値VT2よりも低いとき又は上限閾値VT3よりも高いときはアクティブのエラー信号を生成してもよい。発振回路211は、電源端子VCCから抵抗241を介して流れる電流を消費しながら発振動作を行い、発振動作が不安定になると消費電流が変動する場合がある。例えば、制御回路26から出力される出力イネーブル信号がアクティブのときにクロック出力端子OUTから不安定なクロック信号が出力される状態となる前にアクティブのエラー信号が生成されるように、下限閾値VT2及び上限閾値VT3が設定されていてもよい。本実施形態では、発振器1の外部から記憶回路27に下限閾値VT2及び上限閾値VT3を設定可能になっており、下限閾値VT2及び上限閾値VT3が可変である。
このように、エラー信号生成回路25は、振幅検出回路23から出される信号の電圧が閾値VT1よりも低いか、電流検出回路24から出される信号の電圧が下限閾値VT2よりも低いとき又は上限閾値VT3よりも高いときにアクティブのエラー信号を生成する。なお、エラー信号生成回路25は、制御回路26から出力される発振停止信号が非アクティブ(例えば、ローレベル)のときにエラー信号を生成する動作を行い、発振停止信号がアクティブ(例えば、ハイレベル)のときはエラー信号を生成する動作を行わない(エラー出力端子ERRがローレベルに固定される)。
発振器1は、発振回路211に発振動作をさせたまま制御端子OE/XSTから入力される制御信号の論理レベルに応じてクロック出力端子OUTからクロック信号の出力を停止させるか否かを選択することができる出力停止機能と、制御端子OE/XSTから入力される制御信号の論理レベルに応じて発振回路211の発振動作を停止させるか否かを選択することができるスタンバイ機能のいずれか一方を選択可能になっている。本実施形態では、発振器1の外部から記憶回路27に出力停止機能とスタンバイ機能のいずれを選択するかを設定可能になっている。
制御回路26は、出力停止機能が選択されているときは、制御端子OE/XSTから端子T1を介して入力される制御信号に基づいて、出力バッファー222からクロック信号を出力させるか否かを制御する出力イネーブル信号を生成して出力する。具体的には、制御回路26は、制御端子OE/XSTから入力される制御信号がローレベルであれば非アクティブの出力イネーブル信号を出力し、当該制御信号がハイレベルであればアクティブの出力イネーブル信号を出力する。また、制御回路26は、スタンバイ機能が選択されているときは、制御端子OE/XSTから端子T1を介して入力される制御信号に基づいて、発振回路211の発振動作を停止させるか否かを制御する発振停止信号を生成して出力する。具体的には、制御回路26は、制御端子OE/XSTから入力される制御信号がローレベルであればアクティブの発振停止信号を出力し、当該制御信号がハイレベルであれば非アクティブの発振停止信号を出力する。
インターフェース回路28は、発振器1の外部装置と通信を行うための回路である。例えば、発振器1(発振IC2)は、電源端子VCC(端子T4)への電源電圧の供給が開始されてから所定期間内に(すなわち、電源投入後の所定期間内に)、発振器1の制御端子OE/XST(端子T1)から所定のパターンの信号が入力された場合に、当該所定期間の経過後に、インターフェース回路28と外部装置との通信が可能な外部通信モードに設定される。インターフェース回路28は、例えば、IC(Inter-Integrated Circuit)バスのインターフェース回路であり、外部通信モードにおいて、制御端子OE/XSTがシリアルクロック信号の入力端子として機能し、クロック出力端子OUTがシリアルデータ信号の入出力端子として機能する。そして、外部通信モードにおいて、インターフェース回路28は、外部装置からの要求(コマンド)に応じて、記憶回路27に対する各種の情報の書き込みや読み出しを行う。
記憶回路27は、レジスターと、MONOS(Metal Oxide Nitride Oxide Silicon)型メモリーやEEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)等の不揮発性メモリー(不図示)とを含んで構成される。前述した閾値VT1、下限閾値VT2、上限閾値VT3及び出力停止機能とスタンバイ機能との選択情報は、例えば、発振器1の検査工程等において、不揮発性メモリーに記憶される。そして、不揮発性メモリーに記憶されている各種の情報は、電源投入時にレジスターに保存され、レジスターに保存された各種の情報が適宜各回路に供給される。
[発振器の動作]
図5は、出力停止機能が選択されているときの、制御端子OEとして機能する制御端子
OE/XSTの論理レベル、発振回路211の発振状態、エラー出力端子ERRの論理レベル及びクロック出力端子から出力される信号の関係を示す図である。
図5に示すように、制御端子OE/XSTがローレベルのときは、発振回路211の発振状態が正常か異常かにかかわらず、クロック出力端子OUTはローレベルである。また、制御端子OE/XSTがローレベルのとき、発振回路211の発振状態が正常(振幅検出回路23から出力される信号の電圧が閾値VT1以上、かつ、電流検出回路24から出力される信号の電圧が下限閾値VT2以上かつ上限閾値VT3以下)であれば、エラー出力端子ERRはローレベルであり、発振回路211の発振状態が異常(振幅検出回路23から出力される信号の電圧が閾値VT1よりも低い、又は、電流検出回路24から出力される信号の電圧が下限閾値VT2よりも低い若しくは上限閾値VT3よりも高い)であれば、エラー出力端子ERRはハイレベルである。
制御端子OE/XSTがハイレベルのときは、発振回路211の発振状態が正常であれば、エラー出力端子ERRはローレベルであり、クロック出力端子OUTからは、クロック信号生成回路21によって生成されたクロック信号が出力される。また、制御端子OE/XSTがハイレベルのとき、発振回路211の発振状態が異常であれば、エラー出力端子ERRはハイレベルであり、クロック出力端子OUTからは、クロック入力端子CLKINから入力された信号が出力される。
図6は、スタンバイ機能が選択されているときの、制御端子XSTとして機能する制御端子OE/XSTの論理レベル、発振回路211の発振状態、エラー出力端子ERRの論理レベル及びクロック出力端子から出力される信号の関係を示す図である。
図6に示すように、制御端子OE/XSTがローレベルのときは、発振回路211の発振状態が正常か異常かにかかわらず、エラー出力端子ERRはローレベルであり、クロック出力端子OUTはローレベルである。
制御端子OE/XSTがハイレベルのときは、発振回路211の発振状態が正常であれば、エラー出力端子ERRはローレベルであり、クロック出力端子OUTからは、クロック信号生成回路21によって生成されたクロック信号が出力される。また、制御端子OE/XSTがハイレベルのとき、発振回路211の発振状態が異常であれば、エラー出力端子ERRはハイレベルであり、クロック出力端子OUTからは、クロック入力端子CLKINから入力された信号が出力される。
図5及び図6に示すように、出力停止機能とスタンバイ機能のいずれが選択された場合でも、制御端子OE/XSTがローレベルのときは、クロック出力端子OUTからの信号(クロック信号又はクロック入力端子CLKINから入力された信号)の出力が停止され、制御端子OE/XSTがハイレベルのときは、クロック出力端子OUTからクロック信号又はクロック入力端子CLKINから入力された信号が出力される。すなわち、制御端子OE/XSTからは、クロック出力端子OUTからの信号の出力を制御する制御信号が入力される。
また、出力停止機能とスタンバイ機能のいずれが選択された場合でも、制御端子OE/XSTがハイレベルのときは、発振回路211が発振動作を行い、エラー信号生成回路25がエラー信号を生成する動作を行うので、エラー出力端子ERRからはローレベル又はハイレベルのエラー信号が出力される。出力停止機能が選択されている場合は、制御端子OE/XSTがローレベルのときもエラー出力端子ERRからエラー信号が出力されるが、スタンバイ機能が選択されている場合は、発振回路211が発振動作を停止し、エラー信号生成回路25がエラー信号を生成する動作を停止するので、エラー出力端子ERRは
ローレベルに固定され、エラー信号が出力されない。
[本実施形態の作用効果]
以上に説明したように、発振回路211の発振動作が異常であるか否かによって、クロック信号生成回路21が生成したクロック信号とクロック入力端子CLKINから入力された信号とが切り替わる。また、本実施形態の発振器1は、制御端子OE/XSTから入力される制御信号に応じて、クロック出力端子OUTからの信号の出力が制御される。従って、例えば、本実施形態の発振器1を2つ用いて、第1の発振器1のクロック入力端子CLKINと第2の発振器1のクロック出力端子OUTとを電気的に接続し、かつ、第1の発振器1のエラー出力端子ERRと第2の発振器1の制御端子OE/XSTとを電気的に接続することにより、第1の発振器1に異常が発生するまでは第2の発振器1のクロック出力端子OUTからのクロック信号の出力を停止することで第2の発振器1の消費電力を低減させ、第1の発振器1に異常が発生した場合に、第1の発振器1のクロック出力端子OUTから第2の発振器1が生成したクロック信号が出力される装置を実現することができる。このように、本実施形態によれば、多重化可能かつユーザー利便性に優れた発振器1を提供することができる。
また、本実施形態の発振器1によれば、発振回路211が出力する発振信号の振幅及びクロック信号生成回路21に流れる電流に基づいてクロック信号生成回路21の異常を検知してクロック出力端子OUTから出力される信号を自動的に切り替えることができる。さらに、本実施形態の発振器1によれば、発振回路211の特性に応じて、記憶回路27に設定される閾値VT1,VT2,VT3を調整することができるので、クロック信号生成回路21の異常を的確に検知してクロック出力端子OUTから出力される信号を切り替えることができる。
また、本実施形態の発振器1によれば、クロック入力端子CLKINとクロック出力端子OUTとが互いに離れた位置に設けられているので、異物の混入等によりクロック入力端子CLKINとクロック出力端子OUTとがショートする確率が低減される。従って、本実施形態の発振器1によれば、クロック出力端子OUTから出力される信号がクロック入力端子CLKINを介して帰還するループが形成されることによりクロック出力端子OUTから誤った信号が出力されるおそれを低減させることができる。
[変形例]
例えば、上記の実施形態では、エラー信号生成回路25は、振幅検出回路23の検出結果と電流検出回路24の検出結果の両方に基づいてエラー信号を生成しているが、振幅検出回路23の検出結果と電流検出回路24の検出結果のいずれか一方のみに基づいてエラー信号を生成してもよい。すなわち、発振器1(発振IC2)は、振幅検出回路23と電流検出回路24のいずれか一方のみを有し、振幅検出回路23と電流検出回路24のいずれか他方を有していなくてもよい。
また、例えば、上記の実施形態では、閾値VT1、下限閾値VT2、上限閾値VT3及び出力停止機能とスタンバイ機能との選択情報は、記憶回路27(不揮発性メモリー)に記憶されることにより可変に設定されるが、ヒューズ回路によって、閾値VT1、下限閾値VT2、上限閾値VT3及び当該選択情報が可変に設定されるようにしてもよい。
また、例えば、上記の実施形態の発振器1は、温度補償や温度制御を行わないシンプルな発振器(SPXO(Simple Packaged Crystal Oscillator)等)であるが、温度補償機能を有する発振器(TCXO(Temperature Compensated Crystal Oscillator)等)、温度制御機能を有する発振器(OCXO(Oven Controlled Crystal Oscillator)等)、周波数制御機能を有する発振器(VCXO(Voltage Controlled Crystal Oscillator)等
)などであってもよい。
2.クロック信号生成装置
図7は、本実施形態のクロック信号生成装置100とホスト200とを含む多重化システムの構成例を示す図である。図7に示すように、本実施形態のクロック信号生成装置100は、メインの発振器1-1と、バックアップ用の発振器1-2と、を含んで構成されている。本実施形態では、2つの発振器1-1,1-2として、上述した実施形態あるいは変形例の発振器1が適用される。
すなわち、発振器1-1(「第1の発振器」の一例)は、6個の外部端子6(図3参照)として、制御端子OE/XST(「第1の制御端子」の一例)、クロック入力端子CLKIN(「第1のクロック入力端子」の一例)、接地端子GND、電源端子VCC、エラー出力端子ERR(「第1のエラー出力端子」の一例)及びクロック出力端子OUT(「第1のクロック出力端子」の一例)が設けられている。制御端子OE/XSTには、クロック出力端子OUTからの信号の出力を制御する制御信号(「第1の制御信号」の一例)が入力される。エラー出力端子ERRは、発振器1-1の内部で生成されたエラー信号(「第1のエラー信号」の一例)を出力する。クロック出力端子OUTからは、エラー信号に基づいて選択された、発振器1-1の内部で生成されたクロック信号(「第1のクロック信号」の一例)とクロック入力端子CLKINから入力された信号との一方が出力される。
同様に、発振器1-2(「第2の発振器」の一例)は、6個の外部端子6(図3参照)として、制御端子OE/XST(「第2の制御端子」の一例)、クロック入力端子CLKIN(「第2のクロック入力端子」の一例)、接地端子GND、電源端子VCC、エラー出力端子ERR(「第2のエラー出力端子」の一例)及びクロック出力端子OUT(「第2のクロック出力端子」の一例)が設けられている。制御端子OE/XSTには、クロック出力端子OUTからの信号の出力を制御する制御信号(「第2の制御信号」の一例)が入力される。エラー出力端子ERRは、発振器1-2の内部で生成されたエラー信号(「第2のエラー信号」の一例)を出力する。クロック出力端子OUTからは、エラー信号に基づいて選択された、発振器1-2の内部で生成されたクロック信号(「第2のクロック信号」の一例)とクロック入力端子CLKINから入力された信号との一方が出力される。
発振器1-1及び発振器1-2のエラー出力端子ERRは、CMOS出力端子であり、ハイレベル又はローレベルとなるエラー信号を出力する。
発振器1-1の電源端子VCC及び発振器1-2の電源端子VCCには、電源が接続されており、所定の電源電圧が供給される。また、発振器1-1の接地端子GND及び発振器1-2の接地端子GNDは接地されている。発振器1-2のクロック入力端子CLKINも接地されている。また、発振器1-1のクロック入力端子CLKINと発振器1-2のクロック出力端子OUTとが電気的に接続され、発振器1-1のエラー出力端子ERRと発振器1-2の制御端子OE/XSTとが電気的に接続されている。発振器1-2のエラー出力端子ERRはオープンである。さらに、発振器1-1の制御端子OE/XST、エラー出力端子ERR及びクロック出力端子OUTは、それぞれ、ホスト200のクロックイネーブル端子CLK_EN、エラー入力端子ERRIN及びクロック入力端子CLKINと電気的に接続されている。
また、図7では不図示であるが、発振器1-1は、発振IC2(「第1の回路装置」の一例)と、振動子3と、を備え、発振IC2は、クロック信号生成回路21(「第1のクロック信号生成回路」の一例)、選択回路22(「第1の選択回路」の一例)、振幅検出
回路23、電流検出回路24、エラー信号生成回路25(「第1のエラー信号生成回路」の一例)、制御回路26、記憶回路27及びインターフェース回路28を含んで構成されている(図4参照)。同様に、図7では不図示であるが、発振器1-2は、発振IC2(「第2の回路装置」の一例)と、振動子3と、を備え、発振IC2は、クロック信号生成回路21(「第2のクロック信号生成回路」の一例)、選択回路22(「第2の選択回路」の一例)、振幅検出回路23、電流検出回路24、エラー信号生成回路25(「第2のエラー信号生成回路」の一例)、制御回路26、記憶回路27及びインターフェース回路28を含んで構成されている(図4参照)。
ホスト200がクロックイネーブル端子CLK_ENからアクティブ(例えば、ハイレベル)のクロックイネーブル信号を出力しているとき、このクロックイネーブル信号は、アクティブの制御信号として発振器1-1の制御端子OE/XSTに入力される。このとき、発振器1-1の発振動作が正常であれば、発振器1-1のクロック出力端子OUTから、クロック信号生成回路21が生成したクロック信号が出力される。このクロック信号は、ホスト200のクロック入力端子CLKINから入力され、例えば、ホスト200のマスタークロック信号として使用される。発振器1-1が正常に動作していれば、発振器1-1のエラー出力端子ERRからは非アクティブのエラー信号が出力され、このエラー信号は、非アクティブの制御信号として発振器1-2の制御端子OE/XSTに入力される。そのため、発振器1-2は、出力停止機能が選択されていればクロック出力端子OUTからの信号の出力を停止し、スタンバイ機能が選択されていれば発振回路211(図4参照)の発振動作が停止し、クロック出力端子OUTからの信号の出力も停止している。
そして、発振器1-1の制御端子OE/XSTにアクティブの制御信号(クロックイネーブル信号)が入力されているときに、発振器1-1の発振動作が異常になれば、発振器1-1のエラー出力端子ERRからアクティブのエラー信号が出力され、このエラー信号は、アクティブの制御信号として発振器1-2の制御端子OE/XSTに入力される。そのため、発振器1-2の発振動作が正常であれば、発振器1-2のクロック出力端子OUTからは、クロック信号生成回路21が生成したクロック信号が出力され、発振器1-1のクロック入力端子CLKINに供給される。発振器1-1は、アクティブのエラー信号を生成して出力しているので、発振器1-1のクロック出力端子OUTからは、クロック入力端子CLKINに入力された信号、すなわち、発振器1-2のクロック出力端子OUTから出力されるクロック信号が出力される。
このように、ホスト200は、クロックイネーブル端子CLK_ENからアクティブのクロックイネーブル信号を出力しているときは、クロック入力端子CLKINから、発振器1-1の発振動作が正常であれば発振器1-1が生成したクロック信号が入力され、発振器1-1の発振動作が異常になれば発振器1-2が生成したクロック信号が入力される。従って、ホスト200は、発振器1-1の発振動作が正常である場合はもとより、発振器1-1の発振動作が異常になった場合でも、クロック入力端子CLKINから入力されるクロック信号に基づく動作を継続することができる。また、発振器1-1のエラー出力端子ERRから出力されるエラー信号はホスト200のエラー入力端子ERRINに供給されるので、ホスト200は、エラー信号に基づいて発振器1-1の発振動作が正常であるか異常であるかを判断することができる。具体的には、ホスト200は、エラー入力端子ERRINから入力されるエラー信号がローレベルであれば発振器1-1が正常であると判断し、当該エラー信号がハイレベルであれば発振器1-1が異常であると判断することができる。そして、ホスト200は、発振器1-1が異常である場合は発振器1-1の取り替えを促すための情報を不図示の表示部や音出力部を介して出力してもよい。
図8及び図9は、ホスト200がクロックイネーブル端子CLK_ENからアクティブのクロックイネーブル信号を出力しているときに、発振器1-1の発振動作が異常となる
前後における発振器1-1及び発振器1-2の各端子の信号波形の一例を示す図である。図8では発振器1-2において出力停止機能が選択されており、図9では発振器1-2においてスタンバイ機能が選択されている。図8に示すように、発振器1-2において出力停止機能が選択されている場合は、発振器1-1の発振動作が正常であるときも発振器1-2が発振動作を継続しているため、発振器1-1の発振動作が異常となる(発振器1-1のエラー出力端子がローレベルからハイレベルに変化する)前後において、発振器1-1のクロック出力端子OUTからクロック信号のパルスが途切れることなく出力され続けている。従って、堅牢な多重化システムが構築されていると言える。これに対して、図9に示すように、発振器1-2においてスタンバイ機能が選択されている場合は、発振器1-1の発振動作が正常であるときは発振器1-2が発振動作を停止しているため、発振器1-1の発振動作が異常となった(発振器1-1のエラー出力端子がローレベルからハイレベルに変化した)直後において、発振器1-1のクロック出力端子OUTから出力されるクロック信号のパルスが途切れるが、発振器1-2の消費電力が大幅に低減される。さらに、発振器1-1が正常に発振動作を継続している間、発振器1-2は発振動作を停止しているため、発振器1-2は、発振器1-1よりも経時変化による発振動作の異常を起こしにくい。そのため、発振器1-1の発振動作が異常となったときに、発振器1-2が生成するクロック信号がホスト200のクロック入力端子CLKINに供給される確率が向上する。
一方、ホスト200は、クロックイネーブル端子CLK_ENから非アクティブ(例えば、ローレベル)のクロックイネーブル信号を出力しているとき、このクロックイネーブル信号は、非アクティブの制御信号として発振器1-1の制御端子OE/XSTに入力される。このとき、発振器1-1は、出力停止機能が選択されていればクロック出力端子OUTからの信号の出力を停止し、スタンバイ機能が選択されていれば発振回路211(図4参照)の発振動作が停止し、クロック出力端子OUTからの信号の出力も停止する。また、発振器1-1は、出力停止機能が選択されていればエラー信号生成回路25が生成したエラー信号をエラー出力端子ERRから出力し、スタンバイ機能が選択されていればエラー信号生成回路25がエラー信号を生成する動作を行わずエラー出力端子ERRがローレベルに固定される。
そして、発振器1-1において出力停止機能が選択されている場合、その後、ホスト200がクロックイネーブル端子CLK_ENからアクティブのクロックイネーブル信号を出力すると、発振器1-1の発振動作が正常であれば、発振器1-1のクロック出力端子OUTからは、クロック信号生成回路21が生成したクロック信号が出力され、ホスト200のクロック入力端子CLKINに供給される。これに対して、発振器1-1の制御端子OE/XSTに非アクティブの制御信号(クロックイネーブル信号)が入力されているときに、発振器1-1の発振動作が異常になれば、発振器1-1のエラー出力端子ERRからアクティブのエラー信号が出力され、このエラー信号は、アクティブの制御信号として発振器1-2の制御端子OE/XSTに入力される。そのため、発振器1-2の発振動作が正常であれば、発振器1-2のクロック出力端子OUTからは、クロック信号生成回路21が生成したクロック信号が出力され、発振器1-1のクロック入力端子CLKINに供給される。発振器1-1は、アクティブのエラー信号を生成して出力しているので、発振器1-1のクロック出力端子OUTからは、クロック入力端子CLKINに入力された信号、すなわち、発振器1-2のクロック出力端子OUTから出力されるクロック信号が出力される。その後、ホスト200がクロックイネーブル端子CLK_ENからアクティブのクロックイネーブル信号を出力すると、発振器1-2のクロック出力端子OUTから、クロック入力端子CLKINに入力された信号、すなわち、発振器1-2のクロック出力端子OUTから出力されるクロック信号が出力される。
また、発振器1-1においてスタンバイ機能が選択されている場合は、その後、ホスト
200がクロックイネーブル端子CLK_ENからアクティブのクロックイネーブル信号を出力すると、発振器1-1において、発振回路211が発振動作を開始し、当該発振動作が正常であれば、発振器1-1のクロック出力端子OUTからは、クロック信号生成回路21が生成したクロック信号が出力され、ホスト200のクロック入力端子CLKINに供給される。これに対して、発振器1-1の制御端子OE/XSTに非アクティブの制御信号(クロックイネーブル信号)が入力されているときに、発振器1-1の発振動作が異常になっても、発振器1-1のエラー出力端子ERRはローレベルに固定されたままである。その後、ホスト200がクロックイネーブル端子CLK_ENからアクティブのクロックイネーブル信号を出力すると、発振器1-1の制御端子OE/XSTにアクティブの制御信号(クロックイネーブル信号)が入力され、エラー信号生成回路25がアクティブのエラー信号を生成する。これにより、発振器1-2のクロック出力端子OUTから、クロック入力端子CLKINに入力された信号、すなわち、発振器1-2のクロック出力端子OUTから出力される信号(ローレベルの信号)が出力される。これと同時に、このアクティブのエラー信号は、発振器1-1のエラー出力端子ERRから出力され、アクティブの制御信号として発振器1-2の制御端子OE/XSTに入力される。そのため、発振器1-2の発振動作が正常であれば、発振器1-2のクロック出力端子OUTからは、クロック信号生成回路21が生成したクロック信号が出力され、発振器1-1のクロック入力端子CLKINに供給される。これにより、発振器1-2のクロック出力端子OUTから、クロック入力端子CLKINに入力された信号、すなわち、発振器1-2のクロック出力端子OUTから出力されるクロック信号が出力される。
このように、ホスト200は、クロックイネーブル端子CLK_ENから出力するクロックイネーブル信号を非アクティブからアクティブに変化させた後、クロック入力端子CLKINから、発振器1-1の発振動作が正常であれば発振器1-1が生成したクロック信号が入力され、発振器1-1の発振動作が異常になっていれば発振器1-2が生成したクロック信号が入力される。従って、ホスト200は、発振器1-1の発振動作が正常である場合はもとより、発振器1-1の発振動作が異常になった場合でも、クロック入力端子CLKINから入力されるクロック信号に基づく動作を継続することができる。
図10及び図11は、ホスト200がクロックイネーブル端子CLK_ENから非アクティブのクロックイネーブル信号を出力しているときに、発振器1-1の発振動作が異常となり、その後、ホスト200がクロックイネーブル端子CLK_ENからアクティブのクロックイネーブル信号を出力した場合における発振器1-1及び発振器1-2の各端子の信号波形の一例を示す図である。図10では発振器1-1,1-2において出力停止機能が選択されており、図11では発振器1-1,1-2においてスタンバイ機能が選択されている。図10に示すように、発振器1-1,1-2において出力停止機能が選択されている場合は、発振器1-2が発振動作を継続しているため、発振器1-1のエラー出力端子がローレベルからハイレベルに変化した直後に、発振器1-1のクロック出力端子OUTからクロック信号のパルスが出力され始めている。従って、堅牢な多重化システムが構築されていると言える。これに対して、図11に示すように、発振器1-1,1-2においてスタンバイ機能が選択されている場合は、発振器1-1の制御端子OE/XSTがローレベルのときに発振器1-1の発振動作が異常となっても、発振器1-1のエラー信号生成回路25がエラー信号を生成する動作を行わないので、発振器1-1のエラー出力端子ERRがローレベルに固定されている。その後、発振器1-1の制御端子OE/XSTがローレベルからハイレベルに変化すると、発振器1-1のエラー信号生成回路25がエラー信号を生成する動作を行い、発振器1-1のエラー出力端子がローレベルからハイレベルに変化する。これにより、発振器1-2が発振動作を開始し、暫くして発振器1-2のクロック出力端子OUTからクロック信号のパルスが出力され始める。その結果、発振器1-1のクロック出力端子OUTからクロック信号のパルスが出力され始める。そして、発振器1-1が正常に発振動作を継続している間、発振器1-2は発振動作を停止し
ているため、発振器1-2の消費電力が大幅に低減されるとともに、発振器1-2は、発振器1-1よりも経時変化による発振動作の異常を起こしにくい。そのため、発振器1-1の発振動作が異常となったときに、発振器1-2が生成するクロック信号がホスト200のクロック入力端子CLKINに供給される確率が向上する。
以上に説明したように、本実施形態のクロック信号生成装置100では、発振器1-1及び発振器1-2は、それぞれ、異常が発生したか否かによって、クロック信号生成回路21が生成したクロック信号とクロック入力端子CLKINから入力された信号とが切り替わる。そして、発振器1-2のクロック出力端子OUTから出力される信号が、発振器1-1のクロック入力端子CLKINに入力される。従って、本実施形態のクロック信号生成装置100によれば、発振器1-1に異常が発生した場合でも、発振器1-2が正常であれば、発振器1-1のクロック出力端子OUTから発振器1-2が生成したクロック信号を出力することができる。また、本実施形態のクロック信号生成装置100によれば、発振器1-1と発振器1-2がシリアルに接続されることにより、発振器1-1が生成するクロック信号と発振器1-2が生成するクロック信号とのいずれか一方を選択する選択回路が不要である。従って、本実施形態のクロック信号生成装置100を用いることで多重化システムを低コストで実現することが可能である。
また、本実施形態のクロック信号生成装置100では、発振器1-1の制御端子OE/XSTから入力される制御信号に応じて、クロック出力端子OUTからの信号の出力を制御可能である。また、本実施形態のクロック信号生成装置100では、発振器1-1のエラー出力端子ERRから出力されるエラー信号が発振器1-1の制御端子OE/XSTに入力されるので、発振器1-1に異常が発生するまでは発振器1-2のクロック出力端子OUTからのクロック信号の出力を停止することで発振器1-2の消費電力を低減させ、発振器1-1にエラーが発生した場合に、発振器1-1のクロック出力端子OUTから発振器1-2が生成したクロック信号を出力することができる。従って、本実施形態によれば、ユーザー利便性に優れたクロック信号生成装置100を提供することができる。
さらに、本実施形態のクロック信号生成装置100では、発振器1-2の後段にさらに発振器1-3をシリアルに接続することも可能であり、発振器1-1と発振器1-2がともに異常となった場合でも、発振器1-3が正常であれば、発振器1-1のクロック出力端子OUTから発振器1-3が生成したクロック信号を出力することができる。すなわち、本実施形態のクロック信号生成装置100は、拡張性にも優れている。
図12及び図13は、本実施形態のクロック信号生成装置100とホスト200とを含む多重化システムの他の構成例を示す図である。図12及び図13の例において、クロック信号生成装置100は、図7の例と同様、メインの発振器1-1と、バックアップ用の発振器1-2と、を含んで構成されており、2つの発振器1-1,1-2として、上述した実施形態あるいは変形例の発振器1が適用される。
図12の例では、ホスト200が2つのエラー入力端子ERRIN1,ERRIN2を有しており、発振器1-1のエラー出力端子ERR及び発振器1-2のエラー出力端子ERRは、それぞれ、ホスト200のエラー入力端子ERRIN1及びエラー入力端子ERRIN2と電気的に接続されている。図12の例におけるその他の構成は図7と同様であるため、その説明を省略する。図12の例では、発振器1-1のエラー出力端子ERRから出力されるエラー信号はホスト200のエラー入力端子ERRIN1に供給されるので、ホスト200は、エラー信号に基づいて発振器1-1の発振動作が正常であるか異常であるかを判断することができる。また、発振器1-2のエラー出力端子ERRから出力されるエラー信号はホスト200のエラー入力端子ERRIN2に供給されるので、ホスト200は、エラー信号に基づいて発振器1-2の発振動作が正常であるか異常であるかを
判断することができる。具体的には、ホスト200は、エラー入力端子ERRIN1から入力されるエラー信号がローレベルであれば発振器1-1が正常であると判断し、当該エラー信号がハイレベルであれば発振器1-1が異常であると判断することができる。また、ホスト200は、エラー入力端子ERRIN2から入力されるエラー信号がローレベルであれば発振器1-2が正常であると判断し、当該エラー信号がハイレベルであれば発振器1-2が異常であると判断することができる。そして、ホスト200は、不図示の表示部や音出力部を介して、発振器1-1が異常である場合は発振器1-1の取り替えを促すための情報を出力し、発振器1-2が異常である場合は発振器1-2の取り替えを促すための情報を出力してもよい。
また、図13の例では、ホスト200が1つのエラー入力端子ERRINを有しており、発振器1-1のエラー出力端子ERR及び発振器1-2のエラー出力端子ERRは、ホスト200のエラー入力端子ERRINと電気的に接続され、かつ、プルダウン抵抗202を介して接地されている。そして、発振器1-1及び発振器1-2において、エラー信号生成回路25は、例えば、ハイレベル又はローレベルとなるエラー信号がPチャネルMOSトランジスターのゲートに入力され、PチャネルMOSトランジスターのドレインがエラー出力端子ERRと電気的に接続された構成(PチャネルMOSトランジスターのオープンドレイン構成)となっている。すなわち、発振器1-1及び発振器1-2のエラー出力端子ERRは、オープンドレイン出力端子であり、ハイレベルのエラー信号を出力するかオープンとなる。そして、発振器1-1及び発振器1-2のエラー出力端子ERRがともにオープンとなるときは、ホスト200のエラー入力端子ERRINにはプルダウン抵抗202を介してローレベルのエラー信号が供給される。図13の例におけるその他の構成は図7と同様であるため、その説明を省略する。図13の例では、ホスト200は、エラー入力端子ERRINから入力されるエラー信号に基づいて発振器1-1及び発振器1-2の発振動作が正常であるか発振器1-1及び発振器1-2の少なくとも一方が異常であるかを判断することができる。具体的には、ホスト200は、エラー入力端子ERRINから入力されるエラー信号がローレベルであれば発振器1-1及び発振器1-2が正常であると判断し、当該エラー信号がハイレベルであれば発振器1-1及び発振器1-2の少なくとも一方が異常であると判断することができる。そして、ホスト200は、発振器1-1及び発振器1-2の少なくとも一方が異常である場合は、発振器1-1及び発振器1-2の取り替えを促すための情報を不図示の表示部や音出力部を介して出力してもよい。また、図13の例では、図7の例と同様、エラー入力端子ERRINが1つであるホスト200を用いることができる。
なお、図7、図12及び図13の例では、クロック信号生成装置100は、2個の発振器1-1,1-2がシリアル接続された構成であるが、2個に限らずn個(n≧2)の発振器1-1~1-nが順番にシリアル接続された構成であってもよい。
3.電子機器
図14は、本実施形態の電子機器の構成の一例を示す機能ブロック図である。また、図15は、本実施形態の電子機器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、クロック信号生成装置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14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。
クロック信号生成装置310は、シリアル接続されたn個の発振器311-1~311-nを含む。発振器311-1がメインの発振器であり、発振器311-2~311-n
はバックアップ用の発振器である。発振器311-1から出力されるクロック信号はCPU320に供給される。発振器311-1が異常となった場合、正常である発振器311-2~311-nのうち、発振器311-1に最も近くシリアル接続されている発振器311-kから出力されるクロック信号が、発振器311-(k-1)~311-1を経由して発振器311-1から出力されてCPU320に供給される。また、発振器311-2~311-nは、それぞれ、正常であるか異常であるかを示すエラー信号をCPU320に出力する。
CPU320は、ROM340等に記憶されているプログラムに従い、クロック信号生成装置310から入力されるクロック信号に基づいて各種の計算処理や制御処理を行う処理部である。具体的には、CPU320は、クロック信号生成装置310を制御する処理、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する記憶部である。
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記憶部である。
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。あるいは、図15に示すように、表示部370は、発振器311-1~311-nにそれぞれ対応して(例えば、近い位置に)設けられたLED(Light Emitting Diode)371-1~371-nを含んでもよい。例えば、LED371-i(iは1~nの各々)は、発振器311-iが正常であれば発光せず、発振器311-iが異常であれば発光し、LED371-1~371-nが発する光は、電子機器300の外部から視認可能になっている。すなわち、このような表示部370は、発振器311-1~311-nの各々から出力されるエラー信号に基づくエラー表示を行うものである。電子機器300のユーザーはLED371-1~371-nの各々が発光しているか否かによって発振器311-1~311-nの各々が正常であるか異常であるかを判断し、異常なものを取り替える等の措置をとることができる。なお、図15に示すように、電子機器300の筐体に、LED371-1~371-nにそれぞれ対応して発振器311-1~311-nの識別情報(図15では1~n)が印字されていてもよい。
クロック信号生成装置310として例えば上述した実施形態のクロック信号生成装置100(多重化されたn個の発振器1-1~1-nを含むクロック信号生成装置100)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。
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)、フライトシミュレーター、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。
本実施形態の電子機器300の一例として、上述したクロック信号生成装置310を基準信号源として用いて、例えば、端末と有線または無線で通信を行う端末基地局用装置等として機能する伝送装置が挙げられる。クロック信号生成装置310として、例えば上述した実施形態のクロック信号生成装置100を適用することにより、例えば通信基地局などに利用可能な、周波数精度の高い、高性能、高信頼性を所望される電子機器300を実現することも可能である。
また、本実施形態の電子機器300の他の一例として、通信部360が外部クロック信号を受信し、CPU320(処理部)が、当該外部クロック信号とクロック信号生成装置310の出力信号(内部クロック信号)とに基づいて、クロック信号生成装置310の周波数を制御する周波数制御部と、を含む、通信装置であってもよい。この通信装置は、例えば、ストレータム3などの基幹系ネットワーク機器やフェムトセルに使用される通信機器であってもよい。
4.移動体
図16は、本実施形態の移動体の一例を示す図(上面図)である。図16に示す移動体400は、クロック信号生成装置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16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。
クロック信号生成装置410は、シリアル接続された不図示のn個の発振器を備えており、n個の発振器のうちの1つがメインの発振器であり、他のn-1個の発振器はバックアップ用の発振器である。メインの発振器から出力されるクロック信号はコントローラー420,430,440に供給される。メインの発振器が異常となった場合、正常であるn-1個のバックアップ用の発振器のうち、メインの発振器に最も近くシリアル接続されているバックアップ用の発振器から出力されるクロック信号が、他の発振器を経由してメインの発振器から出力されてCPU320に供給される。
バッテリー450は、クロック信号生成装置410及びコントローラー420,430,440に電力を供給する。バックアップ用バッテリー460は、バッテリー450の出力電圧が閾値よりも低下した時、クロック信号生成装置410及びコントローラー420,430,440に電力を供給する。
クロック信号生成装置410として例えば上述した実施形態のクロック信号生成装置100(多重化されたn個の発振器1-1~1-nを含むクロック信号生成装置100)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。
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。
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。
上述した実施形態および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、各実施形態およ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。
1,1-1~1-n…発振器、2…発振IC、3…振動子、3a…励振電極、3b…励振電極、4…パッケージ、5…リッド(蓋)、6…外部端子(外部電極)、7…収容室、8a…第1の辺、8b…第2の辺、21…クロック信号生成回路、22…選択回路、23…振幅検出回路、24…電流検出回路、25…エラー信号生成回路、26…制御回路、27…記憶回路、28…インターフェース回路、100…クロック信号生成装置、200…ホスト、211…発振回路、212…バッファー、221…マルチプレクサー、222…出力バッファー、241…抵抗、242…電圧変換回路、202…プルダウン抵抗、300…電子機器、310…クロック信号生成装置、311-1~311-n…発振器、320…CPU、330…操作部、340…ROM、350…RAM、360…通信部、370…表示部、371-1~371-n…LED、400…移動体、410…クロック信号生成装置、420,430,440…コントローラー、450…バッテリー、460…バックアップ用バッテリー

Claims (14)

  1. 回路装置と、
    クロック出力端子と、
    エラー信号を出力するエラー出力端子と、
    クロック入力端子と、を備え、
    前記回路装置は、
    発振信号を出力する発振回路を有し、前記発振信号に基づくクロック信号を生成するクロック信号生成回路と、
    前記発振信号の振幅を検出する振幅検出回路と、
    前記振幅検出回路の検出結果に基づいて前記エラー信号を生成するエラー信号生成回路と、
    前記エラー信号に基づいて前記クロック信号と前記クロック入力端子から入力された信号との一方を選択し、前記クロック出力端子から出力する選択回路と、を含む、発振器。
  2. 前記エラー信号生成回路は、
    前記振幅検出回路の検出結果と閾値とを比較し、比較結果に基づいて前記エラー信号を生成し、
    前記閾値が可変である、請求項に記載の発振器。
  3. 回路装置と、
    クロック出力端子と、
    エラー信号を出力するエラー出力端子と、
    クロック入力端子と、を備え、
    前記回路装置は、
    クロック信号を生成するクロック信号生成回路と、
    前記クロック信号生成回路に流れる電流を検出する電流検出回路と、
    前記電流検出回路の検出結果に基づいて前記エラー信号を生成するエラー信号生成回路と、
    前記エラー信号に基づいて前記クロック信号と前記クロック入力端子から入力された信号との一方を選択し、前記クロック出力端子から出力する選択回路と、を含む、発振器。
  4. 回路装置と、
    クロック出力端子と、
    発振器の動作が正常か異常かを示すエラー信号を出力するエラー出力端子と、
    クロック入力端子と、を備え、
    前記回路装置は、
    クロック信号を生成するクロック信号生成回路と、
    前記エラー信号を生成するエラー信号生成回路と、
    前記エラー信号に基づいて前記クロック信号と前記クロック入力端子から入力された信号との一方を選択し、前記クロック出力端子から出力する選択回路と、を含む、発振器。
  5. 前記クロック出力端子からの信号の出力を制御する制御信号が入力される制御端子を備えている、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の発振器。
  6. 前記回路装置は、第1の辺と、前記第1の辺と対向する第2の辺と、を有し、
    前記クロック入力端子は、前記第1の辺に沿って設けられ、
    前記クロック出力端子は、前記第2の辺に沿って設けられている、請求項1乃至5のいずれか1項に記載の発振器。
  7. 第1の発振器と、
    第2の発振器と、を備え、
    前記第1の発振器は、
    第1の回路装置と、
    第1のクロック出力端子と、
    第1のエラー信号を出力する第1のエラー出力端子と、
    第1のクロック入力端子と、を備え、
    前記第1の回路装置は、
    第1の発振信号を出力する第1の発振回路を有し、前記第1の発振信号に基づく第1のクロック信号を生成する第1のクロック信号生成回路と、
    前記第1の発振信号の振幅を検出する第1の振幅検出回路と、
    前記第1の振幅検出回路の検出結果に基づいて前記第1のエラー信号を生成する第1のエラー信号生成回路と、
    前記第1のエラー信号に基づいて前記第1のクロック信号と前記第1のクロック入力端子から入力された信号との一方を選択し、前記第1のクロック出力端子から出力する第1の選択回路と、を含み、
    前記第2の発振器は、
    第2の回路装置と、
    第2のクロック出力端子と
    前記第2のクロック出力端子からの信号の出力を制御する第2の制御信号が入力される第2の制御端子と、を備え、
    前記第2の回路装置は、
    第2の発振信号を出力する第2の発振回路を有し、前記第2の発振信号に基づく第2のクロック信号を生成する第2のクロック信号生成回路を含み、
    前記第1のクロック入力端子と前記第2のクロック出力端子とが電気的に接続されており、
    前記第1のエラー出力端子と前記第2の制御端子とが電気的に接続されている、クロック信号生成装置。
  8. 第1の発振器と、
    第2の発振器と、を備え、
    前記第1の発振器は、
    第1の回路装置と、
    第1のクロック出力端子と、
    第1のエラー信号を出力する第1のエラー出力端子と、
    第1のクロック入力端子と、を備え、
    前記第1の回路装置は、
    第1のクロック信号を生成する第1のクロック信号生成回路と、
    前記第1のクロック信号生成回路に流れる電流を検出する第1の電流検出回路と、
    前記第1の電流検出回路の検出結果に基づいて前記第1のエラー信号を生成する第1のエラー信号生成回路と、
    前記第1のエラー信号に基づいて前記第1のクロック信号と前記第1のクロック入力端子から入力された信号との一方を選択し、前記第1のクロック出力端子から出力する第1の選択回路と、を含み、
    前記第2の発振器は、
    第2の回路装置と、
    第2のクロック出力端子と、
    前記第2のクロック出力端子からの信号の出力を制御する第2の制御信号が入力される第2の制御端子と、を備え、
    前記第2の回路装置は、
    第2のクロック信号を生成する第2のクロック信号生成回路を含み、
    前記第1のクロック入力端子と前記第2のクロック出力端子とが電気的に接続されており、
    前記第1のエラー出力端子と前記第2の制御端子とが電気的に接続されている、クロック信号生成装置。
  9. 第1の発振器と、
    第2の発振器と、を備え、
    前記第1の発振器は、
    第1の回路装置と、
    第1のクロック出力端子と、
    前記第1の発振器の動作が正常か異常かを示す第1のエラー信号を出力する第1のエラー出力端子と、
    第1のクロック入力端子と、を備え、
    前記第1の回路装置は、
    第1のクロック信号を生成する第1のクロック信号生成回路と、
    前記第1のエラー信号を生成する第1のエラー信号生成回路と、
    前記第1のエラー信号に基づいて前記第1のクロック信号と前記第1のクロック入力端子から入力された信号との一方を選択し、前記第1のクロック出力端子から出力する第1の選択回路と、を含み、
    前記第2の発振器は、
    第2の回路装置と、
    第2のクロック出力端子と、
    前記第2のクロック出力端子からの信号の出力を制御する第2の制御信号が入力される第2の制御端子と、を備え、
    前記第2の回路装置は、第2のクロック信号を生成する第2のクロック信号生成回路を含み、
    前記第1のクロック入力端子と前記第2のクロック出力端子とが電気的に接続されており、
    前記第1のエラー出力端子と前記第2の制御端子とが電気的に接続されている、クロック信号生成装置。
  10. 前記第1の発振器は、
    前記第1のクロック出力端子からの信号の出力を制御する第1の制御信号が入力される第1の制御端子を備える、請求項7乃至9のいずれか1項に記載のクロック信号生成装置。
  11. 前記第1のエラー出力端子はCMOS出力端子である、請求項7乃至10のいずれか1項に記載のクロック信号生成装置。
  12. 前記第1のエラー出力端子はオープンドレイン出力端子である、請求項7乃至10のいずれか1項に記載のクロック信号生成装置。
  13. 請求項7乃至12のいずれか1項に記載のクロック信号生成装置と、前記第1のエラー信号に基づくエラー表示を行う表示部と、を備えた電子機器。
  14. 請求項7乃至12のいずれか1項に記載のクロック信号生成装置を備えた移動体。
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