説明

クロック生成回路

【課題】クロック源となる発振器の経年変化によって生じた周波数変動を定期的な保守時に周波数測定を行うことなく検出する。
【解決手段】制御電圧によって制御されるOCVCXO102の出力に応じたクロック信号を生成する現用系クロック生成回路100と、OCVCXO102の出力を用いて生成されたリファレンス信号REFnを用いて現用系クロック生成回路100と同期するように決定される制御電圧によって制御されるOCVCXOの出力に応じたクロック信号を生成する予備系クロック生成回路200とからなり、制御電圧の値を監視することにより、OCVCXO102における周波数変動を検出する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、2つの系からなる冗長構成を有するクロック生成回路に関し、特に、クロック源となる発振器の経年変化による周波数変動の検出に関する。
【背景技術】
【0002】
従来より、現用系と予備系との2つの系にて互いに同期したクロックを生成するクロック生成回路が考えられている(例えば、特許文献1参照。)。このようなクロック生成回路においては、現用系と予備系のそれぞれにクロック源を有しており、このクロック源や他方の系にて生成されるクロックを用いてクロックが生成されている。
【0003】
このようなクロック生成回路のクロック源としては、高安定の発振器が使用されている。この発振器は経年変化によって周波数変動が生じるため、GPSや電波時計等というように外部からのリファレンス信号を入力して常時補正することが一般的に行われている。
【特許文献1】特開平3−272234号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、上述したように外部からリファレンス信号を入力できないシステムにおいては、発振器の経年変化によって生じた周波数変動を自動的に補正することができないため、発振器にて経年変化による周波数変動が生じているかどうかを、定期的な保守時の周波数調整の機会に周波数測定を行うことにより検出することになり、そのための手間がかかってしまうとともに、定期的な保守時にしか発振器にて周波数変動が生じているかどうかを検出することができず、それまでの間、正確なクロックが生成されなくなってしまうという問題点がある。
【0005】
本発明は、上述したような従来の技術が有する問題点に鑑みてなされたものであって、クロック源となる発振器の経年変化によって生じた周波数変動を定期的な保守時に周波数測定を行うことなく検出することができるクロック生成回路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成するために本発明は、
制御電圧によって制御される第1の発振器を具備し、該第1の発振器の出力に応じたクロック信号を生成する第1の系と、制御電圧によって制御される第2の発振器を具備し、該第2の発振器の出力に応じたクロック信号を生成する第2の系とからなり、前記第2の系が前記第1の系に同期してクロック信号を生成するクロック生成回路において、
前記第2の系は、前記第1の発振器の出力を用いて生成されたリファレンス信号と、前記第2の発振器の出力との位相差に応じて前記第2の系が前記第1の系に同期するように前記第2の発振器を制御する制御電圧の値を監視することにより、前記第1の発振器における周波数変動を検出することを特徴とする。
【0007】
上記のように構成された本発明においては、第1の系において、第1の発振器の出力に応じたクロック信号が生成されるとともに第1の発振器の出力を用いてリファレンス信号が生成されて出力されると、第2の系において、このリファレンス信号と第2の発振器の出力との位相差に応じて、第2の系が第1の系に同期するように第2の発振器を制御する制御電圧が決定する。そして、この制御電圧が第2の発振器に与えられることにより、第1の系に同期したクロック信号が第2の系から出力される。第2の系においては、決定した制御電圧の値が監視されており、この制御電圧の値を用いて第1の発振器における周波数変動が検出されることになる。
【発明の効果】
【0008】
以上説明したように本発明においては、第1の系に同期してクロック信号を生成する第2の系において、第1の系にて第1の発振器の出力を用いて生成されたリファレンス信号と第2の発振器の出力との位相差に応じて第2の系が第1の系に同期するように第2の発振器を制御する制御電圧の値を監視することにより、第1の発振器の経年変化による周波数変動を検出する構成としたため、クロック源となる発振器の経年変化によって生じた周波数変動を定期的な保守時に周波数測定を行うことなく検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0009】
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【0010】
(第1の実施の形態)
図1は、本発明のクロック生成回路の第1の実施の形態を示す図である。また、図2は、図1に示した予備系クロック生成回路200の詳細な構成を示す図である。
【0011】
本形態は図1に示すように、第1の発振器である高安定の電圧制御型の恒温層付水晶発振器(以下、OCVCXOと称する)102をクロック源としてクロック信号を生成、出力する第1の系である現用系クロック生成回路100と、現用系クロック生成回路100にて生成されるリファレンス信号REFnによって現用系クロック生成回路100と同期したクロック信号を生成、出力する第2の系である予備系クロック生成回路200とからなる冗長構成である。
【0012】
現用系クロック生成回路100は、第1の電圧制御手段である電圧制御回路101と、OCVCXO102と、リファレンス信号生成回路103と、第1のクロック生成手段であるクロック生成部104とから構成されている。
【0013】
予備系クロック生成回路200は、現用系クロック生成回路100にて生成されたリファレンス信号REFnに基づいて現用系クロック生成回路100と周波数同期する同期回路201と、現用系クロック生成回路100にて生成されたリファレンス信号REFnに基づいて、OCVCXO102の周波数変動を検出する周波数ズレ検出回路203と、第2のクロック生成手段であるクロック生成部202とから構成されている。
【0014】
また、図2に示すように、同期回路201は、位相検出回路204と、第2の電圧制御手段である電圧制御回路205と、第2の発振器であるOCVCXO206と、1/N分周器207とから構成されており、周波数ズレ検出回路203は、制御手段であるCPU208と、記憶手段であるメモリ209とから構成されている。
【0015】
電圧制御回路101は、OCVCXO102に制御電圧となる電圧制御値Vcを与えるものであり、OCVCXO102は、電圧制御回路101から与えられる電圧制御値Vcによって周波数制御されたクロックを発振、出力する。電圧制御回路101からOCVCXO102に与えられる電圧制御値Vcは、通常は、初期調整値V0に一定とされている。
【0016】
クロック生成部104は、OCVCXO102から出力されたクロックを分周して現用系クロック生成回路100におけるクロック信号を生成し、出力する。
【0017】
リファレンス信号生成回路103は、OCVCXO102から出力されたクロックが入力され、予備系クロック生成回路200への同期信号であるリファレンス信号REFnを生成し、出力する。
【0018】
位相検出回路204は、現用クロック生成回路100にて生成されたリファレンス信号REFnと、OCVCXO206から出力され、1/N分周器207にてN分周されたクロックとの位相差を検出する。
【0019】
CPU208は、位相検出回路204にて検出された位相差に応じて、OCVCXO206に与える制御電圧を決定するとともに、この制御電圧が予め決められた電圧範囲外である場合にその旨を報知する。
【0020】
電圧制御回路205は、CPU208にて決定した制御電圧をOCVCXO206に与えるものであり、OCVCXO206は、電圧制御回路205から与えられる制御電圧によって周波数制御されたクロックを発振、出力する。
【0021】
メモリ209には、CPU208で使用する制御電圧情報が記憶されている。
【0022】
クロック生成部202は、OCVCXO206から出力されたクロックを分周し、現用系クロック生成回路100から出力されるクロック信号と同じ位相かつ、同じ周波数のクロック信号を生成し、出力する。
【0023】
以下に、上記のように構成されたクロック生成回路の動作について説明する。
【0024】
現用系クロック生成回路100は、電圧制御回路101の電圧制御値Vcが一定であるため、OCVCXO102の経年変化により出力クロックの周波数が変動することになるが、予備系クロック生成回路200はその周波数変動に同期して同期回路201の電圧制御回路205により予備系クロック生成回路200内のOCVCXO206の制御電圧値が変動する。そこで、予備系クロック生成回路200の同期回路201を構成するOCVCXO205に与える電圧制御値を監視し、この電圧制御値が、予め決められた電圧範囲、例えば、システムに必要な周波数安定度の電圧範囲を設定し、この電圧範囲外である場合は、現用系クロック生成回路100内のOCVCXO102の周波数が経年変化等によってシステム許容周波数範囲外となったことを検出し、システムに報知する。
【0025】
以下に、その詳細な動作について説明する。
【0026】
現用系クロック生成回路100のOCVCXO102は、電圧制御回路101から与えられる電圧制御値Vcにより出力周波数が変化する構成であり、通常はシステムに必要な周波数に調整された値である電圧制御値Vc=V0(初期調整値)にて一定とする。
【0027】
図3は、一般的な電圧制御型の発振器における電圧制御値Vcに対する出力周波数fの特性を示す図である。
【0028】
例えば図3に示すように、一般的に電圧制御型の発振器では、与えられる電圧制御値Vcに応じて出力周波数fが変動する。本形態においては、この電圧制御値Vcを、システムに必要な最適な周波数になるように設定した初期設定値V0に固定設定とした場合を例に挙げて説明とする。
【0029】
電圧制御回路101から電圧制御値VcがOCVCXO102に与えられると、OCVCXO102において、電圧制御値Vcに周波数制御されたクロックが生成、出力される。
【0030】
そして、クロック生成部104においてこのクロックが分周されたクロック信号が生成、出力されるとともに、リファレンス生成回路104においてこのクロックを用いてリファレンス信号REFnが生成、出力される。
【0031】
ここで、制御電圧値Vcが一定であるため、現用系クロック生成回路100の出力クロックは、OCVCXO102の出力特性に依存する。
【0032】
図4は、一般的な水晶発振器の経年変化による周波数変動を示す図である。
【0033】
図4に示すように、一般的な水晶発振器においては、初期設定値V0を設定したときの時間をt0、そのときの周波数をf0とした場合、経年変化によって出力周波数に変動が生じる。そのため、図1に示したOCVCXO102においても、経年変化によって出力周波数に変動が生じる。
【0034】
リファレンス生成回路104から出力されたリファレンス信号REFnは、予備系クロック生成回路200の同期回路201に入力される。
【0035】
同期回路201においては、まず、位相検出回路204において、OCVCXO206の出力クロックが1/N分周器207にてN分周されたクロックと、入力されたリファレンス信号REFnとの位相差が検出される。
【0036】
次に、この位相差がCPU208に与えられ、CPU208において、この位相差とメモリ209に記憶された初期設定値V0のデータとから、OCVCXO206に与える制御電圧の値が決定される。つまり、CPU208においては、与えられた位相差を周波数出力するためにOCVCXO206に与える電圧の変化量が計算され、この変化量だけ初期設定値V0から電圧を変化させた制御電圧の値が計算されることになる。
【0037】
CPU208にて計算された制御電圧の値は、電圧制御回路205に与えられ、電圧制御回路205において、その値がOCVCXO206の制御電圧レベルに変換され、OCVCXO206に与えられることになる。
【0038】
この一連の動作を定期的に実施することで、現用系クロック生成回路100から出力されたクロック信号と予備系クロック生成回路200から出力されたクロック信号とは同期状態を保つことができる。この構成は、周知の技術であるPLL回路技術の構成であるが、本形態においては、予備系クロック生成回路200にて上述した同期制御を行う際に、OCVCXO206に与えるべき制御電圧となる電圧制御値を監視し、この電圧制御値が、予め決められた電圧範囲、例えば、システムに必要な周波数安定度の電圧範囲を設定し、この電圧範囲外である場合は、現用系クロック生成回路100内のOCVCXO102の周波数が経年変化等によってシステム許容周波数範囲外となったことを検出し、システムに報知する動作を行う。例えば、アラーム等の警報を出力する構成とし、このアラームをシステム上で検出した場合に、現用から予備に切り替える等の制御を行う。
【0039】
図5は、図1に示した現用系クロック生成回路100のOCVCXO102が図4に示したような特性で周波数変動した場合に予備系クロック生成回路200のOCVCXO206に与える電圧制御値を示す図である。なお、図中VHとVLは、それぞれシステムにて必要な周波数範囲を実現するためにOCVCXO206に与えるべき電圧制御値の上限値及び下限値を示す。また、図6は、図1に示した予備系クロック生成回路200における電圧制御フローを説明するためのフローチャートである。
【0040】
予備系クロック生成回路200のCPU208において、位相差検出回路204にて検出された位相差とメモリ209に記憶された初期設定値V0のデータとから、OCVCXO206に与える制御電圧となる電圧制御値Vcが計算されると(ステップS1)、CPU208においては、計算された電圧制御値Vcと、メモリ209に記憶された電圧制御値の上限値VH及び下限値VLとが比較される(ステップS2)。すなわち、CPU208においては、計算された電圧制御値Vcがメモリ209に記憶された電圧制御値の上限値VH及び下限値VLと比較することにより、電圧制御値Vcが上限値VH及び下限値VLによって規定される電圧範囲外であるかどうかが判断されることになる。
【0041】
そして、図中実線で示すようにVL<Vc<VHの場合、すなわち、電圧制御値Vcが上限値VH及び下限値VLによって規定される電圧範囲内である場合は、その制御電圧値Vcが制御電圧として設定され、電圧制御回路205に与えられる(ステップS3)。
【0042】
また、図中破線で示す特性におけるt=tx以降の状態のようにVL>Vcの場合や、VH<Vcの場合、すなわち、電圧制御値Vcが上限値VH及び下限値VLによって規定される電圧範囲外である場合は、CPU208において、その制御電圧値Vcが制御電圧として設定されずにメモリ209に記憶される(ステップS4)。その後、OCVCXO102の不具合解析を目的とし、メモリ209に記憶されたデータを確認することによって、OCVCXO102の経年変化による周波数変動の特性を確認することができる。
【0043】
以上の動作により、VH<VcまたはVL>Vcとなったこと、すなわちシステムが許容する周波数範囲を超えたことを検出し、この結果から現用系クロック生成回路100内のOCVCXO102が経年変化等の要因で周波数変動を発生したことを判断できる。
【0044】
なお、上述した実施の形態において、VHとVLの監視範囲をシステムの規格の半分程度に制限し、その範囲を超えた場合は、現用系と予備系の切り替えを行う監視方法とすることも考えられる。
【0045】
このように、現用系の周波数変動の影響でシステムの許容する周波数範囲外になる前に、予備系に切り替えが行われることで、システムへの影響を未然に防止することができるようになる。
【0046】
(第2の実施の形態)
図7は、本発明のクロック生成回路の第2の実施の形態を示す図である。
【0047】
本形態は図7に示すように、図1に示したものに対して、現用系クロック生成回路100内に、OCVCXO102にて周波数変動が発生した場合にその周波数の再調整を自動的に行うために定期補正機能部105が設けられている点のみが異なるものである。
【0048】
本形態における周波数ズレ検出回路203は、内部のCPU208(図2参照)において、OCVCXO206に与える電圧制御値Vcが予め決められた電圧範囲外である場合、この電圧範囲を規定する閾値を用いてOCVCXO102における周波数の変動量を算出し、算出した周波数の変動量を定期補正機能部105に通知する。
【0049】
定期補正機能部105は、CPU208から通知された周波数の変動量に基づいてOCVCXO102に与える制御電圧の補正値を算出する。
【0050】
また、本形態における電圧制御回路101は、定期補正機能部105にて算出された補正値によって補正された制御電圧をOCVCXO102に与える。
【0051】
以下に、図7に示したクロック生成回路における現用系クロック生成回路100の周波数変動の補正方法について説明する。
【0052】
図8は、図7に示したクロック生成回路における現用系クロック生成回路100の周波数変動の補正方法を説明するためのフローチャートである。
【0053】
予備系クロック生成回路200の周波数ズレ検出回路203のCPU208において、位相差検出回路204にて検出された位相差とメモリ209に記憶された初期設定値V0のデータとから、OCVCXO206に与える制御電圧となる電圧制御値Vcが計算され、計算された電圧制御値Vcが、メモリ209に記憶された電圧制御値の上限値VH及び下限値VLに対して、例えば、図5中破線で示す特性におけるt=tx以降の状態のようにVL>Vcの場合や、VH<Vcの場合、すなわち、電圧制御値Vcが上限値VH及び下限値VLによって規定される電圧範囲外である場合、閾値超えが検出され(ステップS11)、その旨が現用系クロック生成回路100の定期補正機能部105に通知される。
【0054】
また、周波数ズレ検出回路203のCPU208において、図5に示したVLの値とVmの値とから、OCVCXO102の出力周波数の変動量Δfが算出され(ステップS12)、算出された周波数の変動量Δfが現用系クロック生成回路100の定期補正機能部105に通知される。
【0055】
現用系クロック生成回路100の定期補正機能部105においては、CPU208から通知された周波数の変動量Δfに基づいてOCVCXO102に与える制御電圧の補正値Δvが算出され(ステップS13)、この補正値Δvが電圧制御回路101に与えられる。
【0056】
そして、電圧制御回路101において、定期補正機能部105にて算出された補正値Δvを用いて、OCVCXO102に与える制御電圧値が“V0”から“V0+Δv”に補正され、補正された制御電圧値V0+ΔvがOCVCXO102に与えられ、OCVCXO102において、制御電圧値V0+Δvに応じた周波数を有するクロックが生成、出力される(ステップS14)。
【0057】
上述した一連の動作により、現用系クロック生成回路100のOCVCXO102の出力周波数をΔf分補正することができる。
【図面の簡単な説明】
【0058】
【図1】本発明のクロック生成回路の第1の実施の形態を示す図である。
【図2】図1に示した予備系クロック生成回路の詳細な構成を示す図である。
【図3】一般的な電圧制御型の発振器における電圧制御値Vcに対する出力周波数fの特性を示す図である。
【図4】一般的な水晶発振器の経年変化による周波数変動を示す図である。
【図5】図1に示した現用系クロック生成回路のOCVCXOが図4に示したような特性で周波数変動した場合に予備系クロック生成回路のOCVCXOに与える電圧制御値を示す図である。
【図6】図1に示した予備系クロック生成回路における電圧制御フローを説明するためのフローチャートである。
【図7】本発明のクロック生成回路の第2の実施の形態を示す図である。
【図8】図7に示したクロック生成回路における現用系クロック生成回路の周波数変動の補正方法を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【0059】
100 現用系クロック生成回路
101,205 電圧制御回路
102,206 OCVCXO
103 リファレンス信号生成回路
104,202 クロック生成部
105 定期補正機能部
200 予備系クロック生成回路
201 同期回路
203 周波数ズレ検出回路
204 位相検出回路
207 1/N分周器
208 CPU
209 メモリ

【特許請求の範囲】
【請求項1】
制御電圧によって制御される第1の発振器を具備し、該第1の発振器の出力に応じたクロック信号を生成する第1の系と、制御電圧によって制御される第2の発振器を具備し、該第2の発振器の出力に応じたクロック信号を生成する第2の系とからなり、前記第2の系が前記第1の系に同期してクロック信号を生成するクロック生成回路において、
前記第2の系は、前記第1の発振器の出力を用いて生成されたリファレンス信号と、前記第2の発振器の出力との位相差に応じて前記第2の系が前記第1の系に同期するように前記第2の発振器を制御する制御電圧の値を監視することにより、前記第1の発振器における周波数変動を検出することを特徴とするクロック生成回路。
【請求項2】
請求項1に記載のクロック生成回路において、
前記第1の系は、
前記第1の発振器に制御電圧を与える第1の電圧制御手段と、
前記第1の発振器の出力を用いて前記リファレンス信号を生成するリファレンス信号生成手段と、
前記第1の発振器の出力に応じたクロック信号を生成する第1のクロック生成手段とを有し、
前記第2の系は、
前記リファレンス信号生成手段にて生成されたリファレンス信号と、前記第2の発振器の出力との位相差を検出する位相検出手段と、
前記位相検出手段にて検出された位相差に応じて前記第2の発振器に与える制御電圧を決定するとともに、該制御電圧が予め決められた電圧範囲外である場合にその旨を報知する制御手段と、
前記制御手段にて決定した制御電圧を前記第2の発振器に与える第2の電圧制御手段と、
前記第2の発振器の出力に応じたクロック信号を生成する第2のクロック生成手段とを有することを特徴とするクロック生成回路。
【請求項3】
請求項2に記載のクロック生成回路において、
前記第2の系は、
前記電圧範囲を記憶した記憶手段を有し、
前記制御手段は、前記制御電圧を前記記憶手段に記憶された電圧範囲と比較することにより、前記制御電圧が前記電圧範囲外であるかどうかを判断することを特徴とするクロック生成回路。
【請求項4】
請求項3に記載のクロック生成回路において、
前記制御手段は、前記制御電圧が前記電圧範囲外である場合、当該制御電圧を前記記憶手段に記憶させることを特徴とするクロック生成回路。
【請求項5】
請求項2乃至4のいずれか1項に記載のクロック生成回路において、
前記第2の系は、前記制御電圧が前記電圧範囲外である場合、当該制御電圧を前記第2の発振器に与えないことを特徴とするクロック生成回路。
【請求項6】
請求項2乃至5のいずれか1項に記載のクロック生成回路において、
前記制御手段は、前記第2の発振器に与える制御電圧が予め決められた電圧範囲外である場合、前記電圧範囲を規定する閾値を用いて周波数の変動量を算出し、算出した周波数の変動量を前記第1の系に通知し、
前記第1の系は、前記制御手段から通知された周波数の変動量に基づいて前記第1の発振器に与える制御電圧の補正値を算出する定期補正機能手段を有し、
前記第1の電圧制御手段は、前記定期補正機能手段にて算出された補正値によって補正された制御電圧を前記第1の発振器に与えることを特徴とするクロック生成回路。
【請求項7】
請求項1乃至6のいずれか1項に記載のクロック生成回路において、
前記第1及び第2の発振器は、恒温層付水晶発振器であることを特徴とするクロック生成回路。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【公開番号】特開2007−251925(P2007−251925A)
【公開日】平成19年9月27日(2007.9.27)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−6910(P2007−6910)
【出願日】平成19年1月16日(2007.1.16)
【出願人】(390010179)埼玉日本電気株式会社 (1,228)
【Fターム(参考)】