JPS6184923A - 並列発振回路の故障検知方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明はンフトエ→−（一時故障）及びハードエ→−
（永久故障）に対し、高信頼性を有するクロックの発振
回路に関するものである。

近年例えば、計算機分野では長期運用及び高信頼性への
要求が高ま秒、ンフトエラー及びハードエラーに対して
、処理を確実に継続することが必要とさｈてきている。

この高信頼性の要求を満足する一手法として多重システ
ム横Ｍがある。これは、同一処理を複数の旧Ｗ機に並列
に行わせ、その結果を多数決方式によって相互に比較し
、工→−の結果を除去する方法である。通常この方式で
は最低３台の計算機が構成さり、このうち２台の計算結
果が一致した場合これを最終結果として出力し、残り１
台の結果を除去する。これにより高信頼性を確保するこ
とができる。

この並列処理の方法としては、各計算機の処理を非同期
に独立して行わせ、最終出力の所で同期をとる方法と、
クロック完全同期で全計算機の処理を行う方法に大別で
きる６ 後者の完全同期方法は、非同期方法に比較し。

メモリ、ＣＰＵ及び入出力装置のような各モジュール単
位で多重化できる利点を有しており信頼性上も優れてい
る。しかし通常多重システムを構成する場合、各システ
ムの処理の同期をとる発振回路も信頼性向上の観点から
複数台配置されることが多く、これら複数の発振回路の
同期方法及び故障検出方法が大きな課題となっていた。

この発明は、ｆｌぼ同一規格ではあるが２周波数及び位
相が異なる複数の発振回路から、一つの規格化さｈた同
期クロック信号を発生できる並列発振回路の故障検出方
法に関するもので故障を自動的に検出し、クロックを継
続的に並列７ステムに供給することが出来る方法を提供
するものである。

〔従来技術〕

従来同一規格ではあるが、僅かに周波数及び位相が異な
る状態で、フリーランしている複数の発振回路の相互故
障検知方法に関する例はない。

よって第１図に並列発掘回路の構成例を示す。

第１図において（１ａ）（１ｂ）　（Ｉｃ）は各々独立
にフリーランしている発振回路、　　（２ａ）　（２ｂ
）　（２ｃ）は発振回路（Ｉａ）　（１ｂ）（１ｃ）の
発振状態のチェック回路、　　（３ａ）（３ｂ）　（３
Ｃ）はフリーラン状態の基準周波数、　　（４ａ）（４
ｂ）　（４ｃ）は基準周波数（３ｎ）（３ｂ）（５ｃ）
を基忙各々を個々に分周し。

周波数及び位相を規格化子る波形レギュレータ。

（５ａ）　（５ｂ）　（５ｃ）は各波形レギュレータ（
４ａ）（４１））　（４ｃ）から出力される再生クロッ
ク、　（６ａ）（６ｂ）（６Ｃ）は再生クロック（５ａ
）　（５ｂ）　（５ｃ）を用いて周波数及び位相の誤差
を取り除き、最終的に出力周波数を決定する多数決論理
回路、　（７ａ）（７ｂ）（７Ｃ）は多数決論理の結果
を波形レギュレータ（４ａ）（４ｂ）（４Ｃ）へフィー
トハラクシ、再生クロック（５ａ）（５ｂ）　（５Ｃ）
のタイミングの同期をとるためのリセット信号、　　（
８ａ）（８ｂ）　（８ｃ）は同一の周波数及び同一の位
相として出力される同期クロック信号である。

次に動作について説明する。

発振回路（１ａ）　（ｌｂ）　（１ｃ）から出力された
僅かではあるが９周波数及び位相が異なる基準周波数（
３ａ）（３ｂ）（３ｃ）は、波形レギュレータ（４ａ）
（４ｂ）　（４ｃ）に入力される。波形レギュレータ（
４ａ）　（４ｂ）（４ｃ）では、各々へ入力される基準
周波数（５ａ）　（３ｂ）　（３ｃ）の波形の立ち上り
で。

内部にもつフリップフロップをトリガし、波形が入力さ
れたことを保持する。この波形は１位相が異なる再生ク
ロック（５ａ）（５Ｎ　（５ｃ）として出力され、多数
決論理回路（６ａ）（６ｂ）（６Ｃ）へ出力される。多
数決論理回路（６ａ）（６ｂ）（６ｃ）では多数決論理
を行い、２つ以上の波形が同一レベルを示した時点でそ
のレベルを同期クロック信号（８ａ）（８ｂ）　　（８
ｃ）として出力する。波形レギュツー４（４ａ］（４０
１（４Ｃ）のフリップ７０７プをトリガした波形の次の
基準周波数（５ａ）（３ｂ）（！＋ｃ）の立ち上り時点
で各々のフリップフロップはクリアさＪする。この信号
は、再生クロック（５ａ）（５ｂ）（５Ｃ）として多数
決論理回路（６ａ／）　（６ｂ）　（６ｃ）へ出力−ｇ
ｈる、多数決論理回路（６ａ）（６ｂ）（６Ｃ）では、
再生クロック（５ａ）　（５ｂ）　（５Ｃ）のうち。

２つ以上が同一レベルに変化した時点をとらえてり七ッ
ト信’５　（７ａ）　（７ｂ）　（７ｃ）を波形レギュ
レータ（４ａ）（４ｂ）　（４ｃ）へ出力し、同期クロ
ック信号（８ａ］（８ｂ）　（８ｃ）の１周期を発生さ
せたことを通知する。この繰り返しによって連続した同
期クロック信号（８ａ）　（８ｂ）（８ｃ）を発生させ
る方法である。第１図の場合、多数決論理回路（６ａ）
（６ｂ）（６Ｃ’）によって発振回路（１ａ）（１ｂ）
（１Ｃ）の伺れか１つが故障した場合においても自動的
に故障が除去できることになるが、各発振回路（１ａ）
（Ｈ＋１　（１ｃ）Ｋ個別にチェック回路（２ａ）（２
ｂ）（２Ｃ）を付加した例もある。このチェック回路（
２ｎ）（２ｂ）　（２ｃ）は、　リトリガブル単安定回
路からもζ成さｈでおり、単安定波形時間は基準周波数
（３ａ１　（３ｂ）　（３ｃ）の１周期以上忙設定され
る。

通常基準周波数（ｌａ）（３ｂ）　（５ｃ）の立ち上り
エツジをリトリガブル単安定のトリガとし、正常に周ｅ
数が発生フｈ、ている時は単安定波形がリセツ（トする
前に再トリガされることになる。このためリドリカプル
単安定の出力は、一定レベル（波形出力状態）が保持さ
れることになる。もし１発振回路（１ａ）（１ｂ）（１
Ｃ）が停止するか発振周波数が低ぐなつｒ時、リトリガ
ブル単安定の波形時間よゆもトリガ周期が長くなってし
まいリトリガブル単安定の出力は、一定値を保てず、波
形オフかあるいは繰り返し波形が出力−！！ねることに
なる。

こｈによって故障を検知することができる方法である。

従来の同期式並列処理回路における発振回路（１ａ）（
１ｂ）　（１ｃ）のチェック回路（２ａ）（２ｂ）（２
Ｃ）は以上のように＋）ｈリトブル単安定回路で構成さ
ｈていたのて、単安定波形時間を精度よく設定すること
が難シ、＜、このため規定周波数からの基準周波数（３
ａ）　（３ｂ）（３ｃ）の変動が大きく力ｃ４いと故障
が検知できないこと、さらに基準周波数が高い方に変化
り、７セ時、リトリガブル革安定回路のトリガ周期が短
くなるだけで故障の検知が出来力くなる等の火力があっ
た。

〔発明の概要〕

この発明け、これらの欠点を解消するためになきｈｔも
ので、他の基準周波数（５ａ）　（３ｈ）Ｃ５ｃ）と相
互に比較することによって、変動を精度よぐ検知できる
と共に周波数の高低に対しても変動を検知できる方法を
提供するものである。

〔発明の実施例〕

以下第２図にこの発明の一実施例について説明する。第
２図において（９ａ）　（９ｂ）　（９Ｃ）は基準周波
数（３ａ）（３ｂ）（３ｃ）の故障検知回路、　（１０
ａ）（１０ｂ）（１０ｃ）は故障検知回路（９ａ）（９
ｂ）（９Ｃ）へ入力する基準周波数（３ａ）　（３ｂ）
（５ｃ）　　の選択を行うセレクタ、　　８ｍＬ−Ａ、
　　５ＫＬ−Ｂ、及び５ＥＬ−０４７［セレクタ（１０
ａ）（１０ｂ）（１０ｃ）の選択信号。

（１１ａ）は基準周波数（３ａ）及びセレクタ（１０ａ
）で選択ばれた基準周波数（３ｂ）あるいけ（３Ｃ）の
誤差を相互に比較する相互識別回路、　　（１２ａ）は
基準周波数（５ａ）を計数するセルフ系カウンタ、　（
１５ａ）は基準周波数（３セ）あるいけ（乙Ｃ）を計数
するクロス系カウンタ、（１４ａ）はセルフ系カウンタ
（１２ａ）及びクロス系カウンタ（１５ａ）の計数値を
比較するコンパレータ、　　（１５ａ）は基準周波数（
３ａ）及びセレクタ（１０ａ　）で選択−ｇｈた基準周
波数（３ｂ）あるいけ（３Ｃ）の周波数変動を個別に判
定する自己識別回路、　　（１６ａ）は基準周波数（６
ａ）に対しウィンドを発生するセルフ系ウィンドジェネ
レータ。

（１７ａ）は基準周波数（３ｂ）もｌ〈け（６Ｃ）に対
しウィンドを発生するクロス系ウィンドジェネレータ、
ｌＴｈＡ１〜ＥＡ３．ＥＢＩ〜ＥＢＢ、ＫＣ１〜ＥＣ３
は故障検知回路（９ａ）（９ｂ）（９ｃ）から出力さｈ
る工→−識別データである。

なお、故障検知回路（９ｂ）及び（９Ｃ）の回路構成は
、故障検知回路（９ａ）と同一である。第２図ではこｈ
を省略している。

また１発振回路（１ａ）（Ｉｂ）　（１ｃ）の全てが動
作中は、セｌ／クタ（１０１け基準周波数（３ｂ）を。

セレクタ（１０ｂ）け基準周波数（３Ｃ）を、セレクタ
（ｊＯｃ）は基〜（周波数（３ａ）を選択するように選
択信仁Ｆ３ＴＩｊＴ、−Ａ、　８ＦｉＬ−Ｂ及びＳ　Ｋ
Ｌ　−Ｃを設定する。

こＤによって１例えば、基準周波数（３ａ）は故障検知
回路（９ａ）及び（９Ｃ）の２ケ所で周波数変動の識別
が行われることＫなる。

故障検知（ｉｊ路（９ａ）を詳細化した一例を８ｇ３図
ＶＣ示す。

第３図において（１９ａ）〜（２７ａ）は２周波数等の
計数機能を有する１６進カウンタ、　　（２８ａ）〜（
５０ａ）はエラー識別データＥＡ１〜ＥＡ３　　をラッ
チするＤタイプラッチ回路、　　（１１ａ）（３２ａ３
はリトリガブル単安定回路、　　（３３ａ）（３４ａ）
は蛍安定回路。

１１は各回路のυセント信号、Ｓ１〜Ｓ７け匍制御イａ
号である２ 次に故障検知回路（９ａ）を例として動作の説明を行う
。

故障検知回路（９ａ）は基草周ｅ数（６ａ）と他の基準
周波数（３ｂ）も【ぐｌ−ｊ　（５０）とを比較するこ
とによって、高精度で周波数変動を検知できる相互識別
回路（Ｉｌａ）と、もし、他の基準周波数（５ｂ）及び
（３Ｃ）が共忙故障１１場合でも、低精度ではあるが、
自身で周波数変動を検知できる自己識別回路（１５θ）
から夢成さｈる。

先に相互識別回路（ｊ　１ａ）の動作例について説明す
るつ第４図は動作のタイミングを示したものである。

第３図、第４図でセルフ系カウンタ（ｊ２ａ）は。

１６進カウンタ（１９ａ）（２０１Ｌ）からｅ、１−ｇ
ｌ、基準周波数（３ａ）を２５１　　カウント単位で繰
抄返し計数する。制御信号Ｓ１は２５１．５カウント〜
０カウントの半クロックでローレベルとなり、セルフ系
カウンタ（１２ａ）及びクロス系カウンタ（１３ａ）を
リセットする役割を有している。

クロス系カウンタ（１５ａ）は、１６進カウンタ（２１
ａ）（２２ａ）　Ｋよって最大２５５カウントまで計数
できるように々つており、−２４８〜２５５カウントの
間で制御信号Ｓ５をローレベルにするように設定さｈて
いる。

相ｈ−＋ｉｊｌ別１１別路１１路ａ）けりａス糸カウン
タ（１５ａ）の２４８〜２５５カウントの範囲内で制御
信号Ｓ１が発生するか否かによって基逝周波数（３ａ）
と（３ｂ）も１〈け（３ｃ）の誤差を検出する方法であ
る。

すなわち、基準周波数（３ａ）と（３ｂ）もしくは（３
Ｃ）の誤差が許容範囲内（制御信号Ｓ５がローレベル“
期間中に制御信号Ｓ１が半クロツク期間ローレベルとな
る）であると、…１制御信号Ｓ５がローレベルとなって
、故障回数を計数する１６進カウンタ（２３＋ｔ）けり
セットすわる　もし、基準周波数（３ａ）の周波数が許
容範囲を超えて高くなったりあるいけ基準周波数（５ｂ
）もしくは（３Ｃ）の周波数が低くたったりすると、ク
ロス系カウンタ（１３ａ）の計ａ値が２４８以下（制御
信号Ｓ３けハイレベル）で制御信号Ｓ１がローレベルと
なり、制御信号Ｓ４によって１６進カウンタ（２５ａ）
が１インクリメントされることになる。また逆に基準周
波数（５ａ）の周波数が低くなったり、あるいけ、基準
周波数（３ｂ）も［〈け（３Ｃ）の周波数が高くなつ斤
すすると、制御信号Ｓ１がローレベルになる前にクロス
系カウンタ（ｌａ）の計数値が２５５以上となるため、
ル制御信号Ｓ２がハイレベルとなシフ６進カウンタ（２
５ａｌを１インクリメントすることになる。このように
検知でれた故障は、１６進カウンタ（２５ａｌＫ加算さ
り、もし１５回連続して発生すると、Ｄタイプラッチ回
路（２８ａ）Ｋ故障状態がラッチさｈエラー識別データ
ＥＡ１として処罰に通知されるようになっている。第３
図の例の場合、検知精度は約士１４　％の周波数変動を
検知可能である。

次に自己識別回路（１５ａ）の動作例について説明する
。セルフ系ウィンドジェネレータ（１６ａ）及ヒクロス
系ウィンドジェネレータ（１７ａ）は、計測する対象が
異るだけで、動作は同一であるのでセルフ系ウィンドジ
ェネレータ（１６ａ）についてのみ説ｓｌスる。第５図
は動作のタイミングを示シタモノである。第５図におい
てｔＯ〜ｔ１５けり）　ＩＪガブル単安定回路（，１ａ
）のトリガ点である。

セルフ系ウィンドジェネレータ（１６ａ）は、基準周波
数（３ａ）が高い方に変動した時に捕捉する単安定回路
（３５ａ　１及び１６進カウンタ（２５ａ）と、低い方
に変すｊｌ＋　Ｌ斤時に捕捉するリトリガブル車安定回
路（３１ａ）に分割さねている。１６進カウンタ（２４
ａ）は、基準周波数（３ａ）の分局に、Ｄタイプラッチ
回路（２９ａ）は故障状態をラッチする役割を果たす。

説明のために例として基準筒波数（５ａ）を３０ＭＨ２
分周後の１６ピツトカウンタ（２４ａ）の出力を１８７
５ＭＨｚ　（５３３ｎｓ周期）、　リトリガブ、、　ｌ
ｌｉ、安定回路（３１ａ）の出力波形を６００ｎｅ。

岸安定回路（５５ａ）の出力波形を乙ＢμＧ　として設
定しｆＣＣ会合ついて説明する。

基準周波数（３ａ）が３０　ＭＨｚ　　で発振中は１６
進カウンタ（２４ａ）の出力け５３３ｎｅ周期のパルス
が発生Ｅ、トリガ点ｔＯ〜ｔ＋５　によってリトリガブ
ル逍安定回路（３１ａ）の出力は、ハイレベルに保持−
！ｒｈる。単安定回路（５５ａ）は、７．８μｓ　の波
形をＩｌｌ力しこの期間１６進カウンタ（２５ａ）は、
１６５ｔｔ：カウンタ（２４ａ）の５３３ｎｓパルスを
計数するが。

１６カウント（約８．５μ日）以前に単安定回路（３３
ｐｌのＷ力波形がローレベルとなるので、１６進六ウン
タ（２５ｇ）の出力はローレベルを保持する。

もし、基準周波数（３ａ）が、２６ＭＨｚ程度（周波ｔ
５変化−１３チ）になると、１６進カウンタ（２４ａ）
のＷ力周期は約６１５ｎθとなり、リ　トリガブル単安
定（３１ａ）の設定値６００ｎｓより大きくなって１．
’！’）ｆｃめ、リトリガブル単安定回路（３１ａ）の
出力をハイレベルに保持できず、ローレベルの移行が生
じて］まう。こ引により制御信号Ｓ６が立ち上りエツジ
を生じ、Ｄ４イブラッチ回路（２９ａ）によって工→−
識別ダータＥＡ２が出力−ｆＩる。

も１．基準周波数（３ａ）が３４ＭＨ２程度（周波数変
化＋１３チ）になると１６進カウンタ（２４ａ）の出力
周期は約４７０ｎｓとなり、単安定回路（５３ａ）の波
形期間１８μｓの中に約１１カウント含まわて］まうこ
とになり、１６進カウンタ（２５ａ）の出力である制御
信号Ｓ７がハイレベルに変化し、Ｄタイプ冊ツ千ロ路Ｃ
２９ａ１によって工→−識別データＩ’ｍＡ２がＷ力さ
れることになる。

このように、故障検知回路（９ａ）は相互識別回路（１
１ｎ）と自己識別回路（１５ａ）でｆｉ／−ａｘ　−ｙ
　ｈることによって、他の基融周波数（３ｂ）もしぐは
（５Ｃ）との間で高精度に周波数変動を検知できると共
に。

イ）シ、他の基準周波数（５ｂ）もｌ（は（３ｃ）が故
障シ、ｆｃ後でも、精度的には低くなるが（通′吊止安
定周期は、ｔ！（抗及びコンデンサを用いて決定でれる
ため坦境条件等によってＪ、’、Ｊ期変’ｄＵ＋≠生じ
るため）。

自身で周肢毅変動を検知できる特徴を有すると共に第２
図で示したように、各基準周波数（５ａ）（５ｂ）（３
Ｃ）は、必ず２ケ所（９１１えば基準周波数（３ａ）は
、故障検知回路（９ａ）と（９Ｃ））で故障識別が行わ
ねているため、工う一識別データＥＡ１〜１！’ｉＡ３
．ＦＢｊ〜ＫＢ３及びＦＪＣ！１〜ＫＣ３の午−夕組合
せで、何りの基準周波数（５ａ）、　　（５ｂ）もｌ〈
け（３Ｃ）が故障したかの識別が可能である特徴をイ１
している。例えば、基準周波数（３ａ）が故障Ｉｉ時は
、工→−識別データＥＡ１及びＥ（１１が、基準周波数
（５ｂ）が故障した時は、エラー識別デーＪＫＢ１及び
ＥＣ１が、基準周波数（３Ｃ）が故障した時は、エラー
識別データＫＣ１及びＥＡｌがそｈぞｈ工→−状態を出
力することで故障しｋｉ！周波数（５ａ）、　　（３ｂ
）あるいけ（３Ｃ）を容易に判断することができる。

なお２以上は同期式並列処理回路への適用の例について
説明１４が、この発明は、こｈに限らず非同期式並列処
理回路の複数発振回路における相互千ニックｌｐｌ路と
しても使用することができる。

また発振回路の構成として３台の例を示したが３台ｖ１
上のｆＦ成の場合にも多数決論理回路の入力数を変更す
るだけで容易に使用することができる。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、複数の基準周波数を相
互に比較することによって故障を判定できる相互識別回
路と、自身の基準周波数を一定期間のウィンドをかけて
計数することによって故障を判定できる自己識別回路を
並列！ＩＭ回路に配置１９ことによって、故障を自動的
にかつ精度良く識別できる利泊−にる。

【図面の簡単な説明】

第１し１は、従来の並列弁撮回路の（１ｉ、成例を示す
図、第２図及び第３図はこの発明の一実施例を説明する
ための図であり２図中、　　（Ｉａ）（１’ｂ）（１ｃ
）は発振１【！１路、　　（３ａ）（３ｂ）（３ｃｌは
基準周波数、　　（９ａ）Ｃ９ｂ）（９ｃ）は故障検知
回路、　　（１１ａ）は相互識別回路、　　（１２ａ）
はセルフ系カウンタ、　　（１３ａ）ｌ−１クロス系カ
リンク、　　（１４ａ）はコンパレータ、　　（１５ａ
）は自己識別回路、　　（１６ａ）はセルフ系ウィンド
ジェネレータ、　　（１７ａ）Ｆｉクロス系ウィンドジ
ェネレータでｔ・る。 図中同一あるいけ相当部分には同一符号を付して示しで
ある。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 同一処理を複数の回路において並列的に処理し各回路の
   出力を多数決方式等によつて比較判断し、一部のシステ
   ムの故障を自動的に除去することができる同期式並列処
   理回路において、複数の回路の同期をとるための同期信
   号発生部に同一規格ではあるが、相互にフリーラン状態
   の発振回路を複数回路構成し、各発振回路に自身の周波
   数を計数するセルフ系カウンタと他の周波数を計数する
   クロス系カウンタ及び両者の計数値を一定周期毎に比較
   するコンパレータで構成する相互識別回路と、一定ウイ
   ンドを発生し自身の周波数のみをチェックするセルフ系
   ウインドジェネレータと、他の周波数のみをチェックす
   るクロス系ウインドジェネレータとで構成する自己識別
   回路を故障検知回路として配置し、セルフ系カウンタ及
   びクロス系カウンタの相互の計数値の誤差をコンパレー
   タで比較することによつて周波数の変動を判定でき、か
   つ、セルフ系ウインドジェネレータ及びクロス系ウイン
   ドジェネレータで一定期間のウインドを個別に発生し、
   この期間内に何周期の波形が通過したかによつて周波数
   の変動を判定できることを特徴とする並列発振回路の故
   障検知方法。