特開 2023-181594 クロック動作監視回路

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023181594

(43)【公開日】2023-12-25

(54)【発明の名称】クロック動作監視回路

(51)【国際特許分類】

   H03K 5/19 20060101AFI20231218BHJP

   G06F 1/04 20060101ALI20231218BHJP

【ＦＩ】

H03K5/19 L

G06F1/04 302A

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022094805

(22)【出願日】2022-06-13

(71)【出願人】

【識別番号】000010098

【氏名又は名称】アルプスアルパイン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100098497

【弁理士】

【氏名又は名称】片寄 恭三

(74)【代理人】

【識別番号】100099748

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 克志

(74)【代理人】

【識別番号】100103171

【弁理士】

【氏名又は名称】雨貝 正彦

(74)【代理人】

【識別番号】100105784

【弁理士】

【氏名又は名称】橘 和之

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 英明

【テーマコード（参考）】

5J039

【Ｆターム（参考）】

5J039HH02

5J039HH04

5J039KK15

5J039MM11

(57)【要約】

【課題】 回路の省スペース化および低コスト化が可能なクロック動作監視回路を提供する。
【解決手段】 本発明のクロック動作監視回路１００は、クロック信号ＣＬＫを入力する入力ノードＣＬＫ＿ＩＮと、ベースに印加される入力電圧に基づきオンまたはオフするＮＰＮトランジスタＵ１と、入力ノードＣＬＫ＿ＩＮとベースとの間に接続されたＲＣ食列回路と、供給電圧ＶＣＣとトランジスタＵ１のコレクタとの間に電気的に接続された出力ノードＤＥＴ＿ＯＵＴとを有する。出力ノードＤＥＴ＿ＯＵＴは、クロック信号ＣＬＫの周波数が一定以上のとき、Ｌレベルの監視信号を出力し、クロック信号が途絶えるとＨレベルの監視信号を出力する。
【選択図】 図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

入力されるクロック信号の動作を監視するクロック動作監視回路であって、
矩形状のクロック信号を入力する入力ノードと、
制御端子、供給電圧に電気的に接続された第１の端子、基準電圧に電気的に接続された第２の端子を含み、前記制御端子に印加される入力電圧に基づき第１の端子と第２の端子間のオン／オフをスイッチングするトランジスタと、
前記入力ノードと前記制御端子との間に接続されたＲＣ直列回路と、
前記トランジスタの第１の端子に電気的に接続された出力ノードとを有し、
前記ＲＣ直列回路は、入力されたクロック信号の周波数に応じた入力電圧を生成し、
前記出力ノードは、入力されたクロック信号の周波数の異常を表す監視信号を出力する、クロック動作監視回路。

【請求項2】

前記ＲＣ直列回路は、前記入力ノードに接続された第１のコンデンサと、当該第１のコンデンサに接続された第１の抵抗とを含み、
前記ＲＣ直列回路は、入力されるクロック信号に応答して第１のコンデンサへの電荷の充電または第１のコンデンサからの電荷の放電を行う、請求項１に記載のクロック動作監視回路。

【請求項3】

前記入力電圧は、第１のコンデンサと第１の抵抗のＲＣ時定数に基づき決定される、請求項２に記載のクロック動作監視回路。

【請求項4】

前記出力ノードは、入力されるクロック信号の周波数が一定未満であるとき、当該異常を表す監視信号を出力する、請求項１に記載のクロック動作監視回路。

【請求項5】

前記出力ノードは、クロック信号の周波数が一定以上のとき、第１の論理レベルの監視信号を出力し、クロック信号の入力が途絶えたとき、第２の論理レベルの監視信号を出力する、請求項１に記載のクロック動作監視回路。

【請求項6】

クロック動作監視回路は、抵抗、コンデンサおよびトランジスタのみから構成されるディスクリート回路である、請求項１に記載のクロック動作監視回路。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、クロックの動作を監視するクロック動作監視回路に関する。

【背景技術】

【0002】

電子装置や情報処理装置では、クロック信号に同期してデータを処理することがあり、このような場合、クロック信号の検出や監視が必要となる。例えば、特許文献１は、より少ない部品点数でクロック信号の発振異常を検出するクロック発振停止検出回路を開示している。また、特許文献２は、少ない素子数でクロック信号の入力の有無を判定可能なクロック検出回路を開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００１－１９６８５１号公報

【特許文献2】特開２００６－３１１１７６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

近年、車内に搭載される電装システムの規模が大きくなっており、ユニット間の信号同期をクロック信号に依存するケースが増えている。このため、クロック信号を監視することは重要である。図１は、信号同期にクロック信号を用いる電装システムの一構成例を示す図である。例えば、ユニットＡの処理部１０が、接続先のユニットＢの処理部２０から伝送路３０を介して受け取るクロック信号ＣＬＫに同期して、内部の音声パス４０に接続されたスピーカ５０から音声を出力する構成において、ユニットＢの動作が何らかの原因で異常となりクロック信号ＣＬＫが途絶えた場合、ユニットＡは正常であってもユニットＡの音声出力に異常（例えば、ノイズなど）を生じさせるおそれがある。

【0005】

このような事態を回避するため、ユニットＡ側にクロック監視機構を持たせたり、その機能を持つＩＣを搭載したりして、システムに冗長性を持たせている。しかし、その構成は、複雑あるいは高コストな場合が多く、汎用性も低いという課題がある。

【0006】

例えば、図２（Ａ）に示すクロック動作監視回路は、ロジックＩＣの組み合わせによりクロック信号を監視するものであり、クロック信号ＣＬＫの入力が途絶えると、出力端子ＣＬＫ＿ＳＴＯＰがＨレベルまたはＬレベルに遷移することで、クロック信号ＣＬＫの異常を知らせる。こうしたクロック動作監視回路は、複数のロジックＩＣを用いるため、規模が大きく、コストが比較的高く、また、ＳＰＩＣＥモデルが提供されていないため、設計が困難である。図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のクロック動作監視回路を構成するのに必要な２つのロジックＩＣ６０、６２の平面サイズを例示している。

【0007】

図３（Ａ）は、ウォッチドッグタイマ内蔵ＩＣの一例を示している。このＩＣは、例えば、タイマー周期内にクロック信号ＣＬＫが入力されないと、出力端子ＤＥＴ＿ＯＵＴがＨレベルまたはＬレベルに遷移することで、クロック信号ＣＬＫの異常を知らせる。図３（Ｂ）は、ウォッチドッグタイマ内蔵ＩＣ７０の平面サイズを、図２（Ｂ）のロジックＩＣ６０、６２との比較で表したものであり、図２（Ａ）に示すロジックＩＣの組み合わせ回路６０、６２よりは省スペース化を図ることができるが、回路コストが高くなってしまう。

【0008】

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、回路の省スペース化および低コスト化が可能なクロック動作監視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】

【0009】

本発明に係るクロック動作監視回路は、入力されるクロック信号の動作を監視するものであって、矩形状のクロック信号を入力する入力ノードと、制御端子、供給電圧に電気的に接続された第１の端子、基準電圧に電気的に接続された第２の端子を含み、前記制御端子に印加される入力電圧に基づき第１の端子と第２の端子間のオン／オフをスイッチングするトランジスタと、前記入力ノードと前記制御端子との間に接続されたＲＣ直列回路と、前記トランジスタの第１の端子に電気的に接続された出力ノードとを有し、前記ＲＣ直列回路は、入力されたクロック信号の周波数に応じた入力電圧を生成し、前記出力ノードは、入力されたクロック信号の周波数の異常を表す監視信号を出力する。

【0010】

ある態様では、前記ＲＣ直列回路は、前記入力ノードに接続された第１のコンデンサと、当該第１のコンデンサに接続された第１の抵抗とを含み、前記ＲＣ直列回路は、入力されるクロック信号に応答して第１のコンデンサへの電荷の充電または第１のコンデンサからの電荷の放電を行う。ある態様では、前記入力電圧は、第１のコンデンサと第１の抵抗のＲＣ時定数に基づき決定される。ある態様では、前記出力ノードは、入力されるクロック信号の周波数が一定未満であるとき、当該異常を表す監視信号を出力する。ある態様では、前記出力ノードは、クロック信号の周波数が一定以上のとき、第１の論理レベルの監視信号を出力し、クロック信号の入力が途絶えたとき、第２の論理レベルの監視信号を出力する。ある態様では、クロック動作監視回路は、抵抗、コンデンサおよびトランジスタのみから構成されるディスクリート回路である。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、ＲＣ直列回路によりクロック信号の周波数に応じた入力電圧をトランジスタの制御端子に印加するようにしたので、回路構成を簡易にすることができ、これにより回路の専有面積を小さくするとともに回路コストを低減することができる。また、コンデンサ、抵抗、トランジスタのＳＰＩＣＥモデルを利用することが可能となり、回路設計を容易にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】信号同期にクロック信号を用いる電装システムの一構成例を示す図である。

【図2】従来のロジックＩＣの組み合わせ回路によるクロック動作監視回路の構成例を示す図である。

【図3】従来のウォッチドッグタイマ内蔵ＩＣによるクロック動作監視回路の構成例を示す図である。

【図4】本発明の実施例によるクロック動作監視回路の構成を示す図である。

【図5】本発明の実施例によるクロック動作監視回路の各部の電圧波形を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

次に、本発明の実施の形態について説明する。本発明のクロック動作監視回路は、ロジックＩＣやマイコン（ウォッチドッグタイマ内蔵ＩＣ）を用いて構成されるのではなく、トランジスタ、コンデンサ、抵抗などの単体素子を用いて構成されるディスクリート回路であり、これにより、クロック動作監視回路の省スペース化、低コスト化を実現する。また、好ましくは、クロック動作監視回路は、ＳＰＩＣＥモデルを有する汎用性のある単体素子から構成され、設計の容易化が図られる。

【0014】

本発明のクロック動作監視回路は、特に限定されないが、例えば、信号同期にクロック信号を用いるような電子装置、情報処理装置、電装システムなどに搭載される。

【実施例0015】

次に、本発明の実施例について詳細に説明する。図４は、本発明の実施例に係るクロック動作監視回路の構成を示す図である。クロック動作監視回路１００は、入力ノードＣＬＫ＿ＩＮから矩形状のクロック信号ＣＬＫを受け取り、受け取られたクロック信号ＣＬＫの異常の有無を表す監視信号を出力ノードＤＥＴ＿ＯＵＴから出力する機能を有する。

【0016】

同図に示すように、入力ノードＣＬＫ＿ＩＮには、コンデンサＣ１と抵抗Ｒ５とからなるＲＣ直列回路１１０が接続される。ＲＣ直列回路１１０の出力は、ノードＮ１に接続され、ノードＮ１は、ＮＰＮバイポーラトランジスタＵ１のベースに接続される。ノードＮ１はさらに、抵抗Ｒ４を介してノードＮ２に接続され、ノードＮ２は、トランジスタＵ１のエミッタをＧＮＤに接地する。トランジスタＵ１のコレクタと供給電圧ＶＣＣとの間には、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ３とが直列に接続され、抵抗Ｒ１と抵抗Ｒ３との抵抗分圧したノードＮ３が出力ノードＤＥＴ＿ＯＵＴに接続される。また、出力ノードＤＥＴ＿ＯＵＴとＧＮＤとの間にコンデンサＣ２が接続される。

【0017】

図４（Ｂ）は、図２（Ｂ）および図３（Ｂ）に示すＩＣの平面サイズとの相対的な大きさを比較するために、本実施例のクロック動作監視回路１００のトランジスタＵ１の平面サイズ１２０を模式的に表したものである。

【0018】

矩形状のクロック信号ＣＬＫが入力ノードＣＬＫ＿ＩＮに入力されると、これに応答してＲＣ直列回路１１０は、コンデンサＣ１への電荷の充電およびコンデンサＣ１の電荷の放電を行う。つまり、クロック信号ＣＬＫの立ち上がると、これに応答してコンデンサＣ１に電荷が充電され、クロック信号が立下ると、これに応答してコンデンサＣ１の電荷が抵抗Ｒ５、Ｒ４を介してＧＮＤに放電される。

【0019】

ノードＮ１に生成されるトランジスタＵ１の入力電圧Ｖ１は、クロック信号ＣＬＫの周波数とＲＣ直列回路１１０の時定数に応じて生成される。時定数が小さいほど、充放電の応答速度が速くなり、時定数が大きいほど、充放電の応答速度が遅くなる。このため、クロック信号ＣＬＫの周波数に比べて時定数が十分に小さいと、ノードＮ１には、コンデンサＣ１の充電電圧を、抵抗Ｒ５と抵抗Ｒ４によって抵抗分割された入力電圧Ｖ１が生成され、一方、クロック信号ＣＬＫの周波数に比べて時定数が十分に大きいと、コンデンサＣ１の放電された電圧を、抵抗Ｒ５と抵抗Ｒ４によって抵抗分割された入力電圧Ｖ１が生成される。ＲＣ直列回路１１０の時定数は、異常と判定すべきクロック信号ＣＬＫの周波数に

に応じて選択される。

【0020】

ノードＮ１に生成された入力電圧Ｖ１は、トランジスタＵ１のベースに印加される。つまり、入力電圧Ｖ１は、ベース／エミッタ間電圧であり、入力電圧Ｖ１がしきい値（例えば、０．６～０．７Ｖ）以上であれば、ベース電流が流れ、トランジスタＵ１がオンし、コレクタ電流が流れる。入力電圧Ｖ１がしきい値未満であれば、トランジスタＵ１がオフし、コレクタ電流が流れない。

【0021】

トランジスタＵ１がオフのとき、コレクタ電流が流れないので、出力ノードＤＥＴ＿ＯＵＴは、抵抗Ｒ１によってプルアップされたＨレベルの監視信号を出力する。一方、トランジスタＵ１がオンすると、コレクタ電流がＧＮＤに流れるので、出力ノードＤＥＴ＿ＯＵＴは、Ｌレベルの監視信号を出力する。

【0022】

入力ノードＣＬＫ＿ＩＮに入力されるクロック信号ＣＬＫが正常であるとき、つまり、クロック信号ＣＬＫの周波数が一定以上であるとき、入力電圧Ｖ１は、しきい値以上の電圧を保持し、トランジスタＵ１がオンを維持し、出力ノードＤＥＴ＿ＯＵＴは、Ｌレベルの監視信号を出力する。

【0023】

一方、クロック信号ＣＬＫの入力が途絶えると、入力電圧Ｖ１がＧＮＤ近傍の電位となり、トランジスタＵ１がオフし、出力ノードＤＥＴ＿ＯＵＴは、クロック信号ＣＬＫの異常を表すＨレベルの監視信号を出力する。また、クロック信号ＣＬＫの周波数が一定未満になると、入力電圧Ｖ１は、しきい値以上の電圧を維持することができなくなり、トランジスタＵ１がオンを継続することができなくなり、出力ノードＤＥＴ＿ＯＵＴは、Ｌレベルの監視信号を維持することができなくなる。

【0024】

次に、クロック動作監視回路１００の回路素子の具体例を示す。
コンデンサＣ１：１μＦ、コンデンサＣ２：０．１μＦ
抵抗Ｒ１：１ＫΩ、抵抗Ｒ３：１０Ω、抵抗Ｒ４：１００ＫΩ、抵抗Ｒ５：１０ＫΩ
Ｕ１：２ＳＣ４１１６(Ｔｏｓｈｉｂａ製)
ＶＣＣ：３．３Ｖ
図５（Ａ）は、入力されるクロック信号ＣＬＫの周波数が一定以上のときの出力ノードＤＥＴ＿ＯＵＴの監視信号のシミュレーション結果を示し、図５（Ｂ）は、入力されるクロック信号ＣＬＫの周波数が一定未満のときの出力ノードＤＥＴ＿ＯＵＴの監視信号のシミュレーション結果を示している。

【0025】

具体的には、クロック信号ＣＬＫの周波数が２０ＫＨｚ以上（～１００ＭＨｚ）では、トランジスタＵ１がオンし、図５（Ａ）に示すように、出力ノードＤＥＴ＿ＯＵＴがＬレベルを維持する。このとき、ベースの入力電圧Ｖ１は、しきい値以上である。

【0026】

一方、クロック信号ＣＬＫの周波数が２０ＫＨｚよりも幾分小さくなると、入力電圧Ｖ１がしきい値以上を維持することができず、トランジスタＵ１がオン／オフを繰り返し、図５（Ｂ）に示すように、出力ノードＤＥＴ＿ＯＵＴがＬレベルを維持できなくなり、ノコギリ波のようになる。もし、クロック信号ＣＬＫの入力が完全に途絶えれば、トランジスタＵ１はオフし、出力ノードＤＥＴ＿ＯＵＴは完全にＨレベルに遷移する。

【0027】

このように、クロック信号ＣＬＫが入力されている期間のみ（入力ノードＣＬＫ＿ＩＮの電圧が変動している期間のみ）、トランジスタＵ１をオンさせて出力ノードＤＥＴ＿ＯＵＴからＬレベルを出力させ、それ以外の期間にＬレベルを維持させないようにすることで、クロック信号の動作を監視することができる。

【0028】

また、クロック動作監視回路を汎用性のある単体素子からなるディスクリート回路で構成し、Ｃ１／Ｒ５／Ｒ４で入力されるクロック信号ＣＬＫの周波数とのマッチングを行い、Ｒ１/Ｒ３/Ｃ２でアタック／リリースの調整を行うことにより、回路スペースを削減し、低コストでかつ汎用的なクロック監視機構を構成できる。

【0029】

上記実施例では、入力されるクロック信号に正常なとき、出力ノードＤＥＴ＿ＯＵＴからＬレベルの監視信号が出力されるようにしたが、これに限らず、正常なときにＨレベルの監視信号を出力し、異常のときにＬレベルの監視信号を出力するようにしてもよい。

【0030】

上記実施例では、トランジスタＵ１にＮＰＮバイボーラトランジスタを用いたが、トランジスタＵ１は、ＮＰＮバイポーラトランジスタ以外にも、ＰＮＰバイポーラトランジスタやＭＯＳ型トランジスタを用いてスイッチングを行うようにしてもよい。また、トランジスタＵ１は、高速応答である必要が無く、入出力の状況によりＲ４、Ｒ３、Ｃ２を省略することができる。

【0031】

以上、本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の要旨の範囲において、種々の変形、変更が可能である。

【符号の説明】

【0032】

１００：クロック動作監視回路
１１０：ＲＣ直列回路
ＣＬＫ＿ＩＮ：入力ノード
ＤＥＴ＿ＯＵＴ：出力ノード

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】