JPH0715237A - 発振制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】１チップマイクロコンピュータのシステムクロ
ック発振器周波数を高精度に保ち、且つ、切り換えるこ
とができる発振制御装置を提供する。 【構成】システムクロック発振回路としてＣＲ発振回路
４を用い、時定数回路として可変素子回路８を内蔵させ
る。このＣＲ発振回路４が出力するシステムクロック
を、クロックカウンタ６がカウントする。このクロック
カウンタ６は、時計回路９に用いられる水晶発振回路５
の補助クロック信号に基づいてカウント期間を決定する
ため、カウント値は正確である。このカウント値に基づ
いて前記可変素子回路８の時定数を変更することによ
り、システムクロックの発振周波数を微調整することが
できる。さらに、システムクロックの発振周波数を大き
く切り換えることも可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、１チップマイクロコ
ンピュータ等のシステムクロックの発振周波数を調整す
る発振制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、１チップマイクロコンピュータの
利用分野が多様化してきており、１チップマイクロコン
ピュータを設計する段階においても、様々な利用分野に
おける異なった使用条件に対応できるように設計する必
要が生じている。たとえば、組み込まれる機器によって
要求される動作周波数（システムクロック）が異なるた
め、どのような周波数でも動作するように設計する必要
がある。

【０００３】このため、システムクロックの発振器とし
て水晶振動子やセラミック振動子を用いた発振回路を適
用することが困難になってきている。なぜなら、このよ
うな発振回路は発振周波数は安定しており、精度のよい
発振をするが、発振周波数を変更するためには、振動子
のほか帰還抵抗等の多くの部品を変更しなければなら
ず、それだけ外付け部品が増加してしまい、工程数の増
加に伴うコストアップを招いたり、小型化の妨げになる
ためである。

【０００４】このため、現在多くの１チップマイクロコ
ンピュータでは、システムクロック用発振回路としてＣ
Ｒ発振回路を用いている。図６は、従来一般的なシステ
ムクロック発振回路を示す図であるが、このように、時
定数回路の抵抗器のみを外付けとし、この抵抗器を変更
することで発振周波数を変更するようにしていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、ＣＲ発振回路
は、動作周波数が不安定なため、適正な周波数を維持す
るためには時に応じて微調整してやる必要があるが、従
来のＣＲ発振回路はそのような機能がなかったため、動
作周波数が不安定であった。また、外付け抵抗器は製造
時に固定的に回路に組み込まれ、その後は変更できない
ため、動作途中で周波数を変更することができないとい
う欠点があった。

【０００６】さらに、上記のように抵抗器を外付けにす
ると、完全に内蔵した場合に比べて工程数が増加し、基
板が大きくなる欠点があった。

【０００７】この発明は、システムクロックの発振周波
数を調整でき、且つ、高い周波数精度を維持できる発振
制御回路を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、システムク
ロックを発振するＣＲ発振回路と、前記システムクロッ
クよりも十分低い周波数の高精度補助クロックを発振す
る補助クロック発振回路と、補助クロックに基づいてシ
ステムクロックをカウントするカウント回路と、前記Ｃ
Ｒ発振回路の時定数素子を変更する時定数変更回路と、
前記カウント回路のカウント値に基づき、前記時定数変
更回路を用いて前記ＣＲ発振回路の時定数を調整するシ
ステムクロック調整手段と、を備えたことを特徴とす
る。

【０００９】また、この発明は、上記発明において、前
記時定数変更回路を抵抗器の組み合わせを変更する回路
としたことを特徴とする。

【００１０】さらに、この発明は、上記発明において、
前記時定数変更回路をコンデンサの組み合わせを変更す
る回路としたことを特徴とする。

【００１１】

【作用】この発明のクロック制御装置は、ＣＲ発振回路
および補助クロック発振回路がそれぞれシステムクロッ
ク信号および補助クロック信号を出力する。システムク
ロック信号はＣＰＵ等のシステムに供給され、システム
の動作を可能にする。

【００１２】また、カウント回路は、補助クロックを基
準の時間信号としてシステムクロックをカウントする。
このカウント値はシステムクロックの発振周波数に対応
（比例）した値である。このカウント値をシステム調整
手段が判断し、カウント値が所定の値になるように、時
定数変更回路によりＣＲ発振回路の時定数素子を変更す
る。なお、この変更は、アナログ的な増減ではなく、単
位素子を挿入／削除する等の「変更」動作である。この
ような時定数変更回路であるため、１チップマイクロコ
ンピュータに組み込みが可能で、且つ、精度のよい時定
数の変更をすることができる。

【００１３】この時定数変更回路は、抵抗器の組み合わ
せを変更する回路やコンデンサの組み合わせを変更する
回路で構成することができる。また、これら両方を備え
た回路で構成することもできる。組み合わせを変更する
ことにより、単一の素子の切り換えよりも少ない素子数
で多種類の時定数（抵抗値，静電容量値）を設定するこ
とができる。

【００１４】このように時定数を変更することにより、
ＣＲ発振回路の周波数変動を補償してシステムクロック
周波数を一定に保つことができる。また、能動的にシス
テムクロックの周波数を変更することもできる。

【００１５】

【実施例】図１はこの発明の実施例であるシステムクロ
ックの発振制御装置を備えた１チップマイクロコンピュ
ータの構成を示す図である。１チップマイクロコンピュ
ータ１は、ＣＰＵ２、および、このＣＰＵ２に接続され
るプログラムＲＯＭ３，ＣＲ発振回路４，クロックカウ
ンタ６，クロックカウンタ制御回路７，時計回路９を内
蔵している。プログラムＲＯＭ３には、この１チップマ
イクロコンピュータ１を組み込む機器に応じたプログラ
ムが書き込まれる。ＣＲ発振回路４は、システムクロッ
クの発振回路であり、図２に示す構成をしている。ま
た、このＣＲ発振回路４は、時定数素子（Ｃ，Ｒ）とし
て可変素子回路８を内蔵している。可変素子回路８は、
複数の抵抗器，コンデンサの組み合わせを変更すること
により、総合抵抗値，総合静電容量値を変更することが
できる回路である（図３，図４参照）。ＣＰＵ２は、こ
の可変素子回路８の総合抵抗値，総合静電容量値すなわ
ち時定数を変更することによって、ＣＲ発振回路４の発
振周波数を変更する。クロックカウンタ６は、ＣＲ発振
回路４から入力されるシステムクロックの周波数をカウ
ントする回路である。クロックカウンタ制御回路７は、
ＣＰＵ２からの指示に基づいてクロックカウンタ６にカ
ウント動作を行わせ、そのカウント値をＣＰＵ２に対し
て出力させる。クロックカウンタ６のカウント期間は水
晶発振回路５が発振する補助クロックの１周期である。
ここで、クロックカウンタ６によるシステムクロックの
カウント値は、 ±（システムクロックの周期／補助クロックの周期）×
１００ （％） の範囲で誤差が生じる。したがって、この誤差を小さく
するためには、 システムクロックの周期≪補助クロックの周期 である必要があるが、水晶発振回路５は、この１チップ
マイクロコンピュータ１に内蔵されている時計回路９を
動作させるための発振回路であり、３２．７６８ｋＨｚ
の原発振周波数を分周して１Ｈｚ（１秒周期）のクロッ
ク信号を出力する回路である。したがって、数百キロヘ
ルツ〜数メガヘルツのシステムクロックに比して十分に
長周期であるため、誤差は無視できる範囲である。

【００１６】図２はＣＲ発振回路４の回路図である。こ
の回路は、ＳＲラッチ１３の出力を、可変抵抗回路１１
および可変容量回路１２によってＳＲラッチ１３のセッ
ト端子，リセット端子に帰還することによって出力を反
転させ、発振する回路である。出力電圧は可変抵抗回路
１１を介してＳＲラッチ１３の入力端子に供給され、可
変容量回路１２を充電／放電する。可変容量回路１２の
端子間電圧がＳＲラッチ１３の入力端子のしきい値電圧
を跨いだとき、ＳＲラッチ１３の出力が反転する。した
がって、可変抵抗回路１１の合成抵抗値、可変容量回路
１２の合成静電容量値が、共に小さいほど発振周波数は
高くなる。

【００１７】図３および図４は前記可変抵抗回路１１お
よび可変容量回路１２の回路図である。

【００１８】可変抵抗回路１１は基本抵抗器Ｒおよび５
本の調整用抵抗器Ｒ′，２Ｒ′，４Ｒ′，８Ｒ′，１６
Ｒ′が直列に接続されており、さらに、各調整用抵抗器
にはそれぞれ個別のスイッチング素子２０〜２４が並列
に接続されている。なお、各抵抗器に付した符号（Ｒ，
Ｒ′，２Ｒ′，４Ｒ′，８Ｒ′，１６Ｒ′）はその抵抗
値を表している。スイッチング素子２０〜２４のオン／
オフ組み合わせを様々に変更することにより、調整用抵
抗器Ｒ′，２Ｒ′，４Ｒ′，８Ｒ′，１６Ｒ′のそれぞ
れを、基本抵抗器Ｒに直列に挿入したり切り離したりす
ることができ、その合成抵抗値をＲ〜Ｒ＋３１Ｒ′の間
でＲ′ステップで変更することができる。ここで、抵抗
値はＲ≫Ｒ′であるため、抵抗値Ｒを基準として抵抗値
を微調整することができる。

【００１９】なお、基本抵抗器をこの回路のように複数
直列に接続し、そのそれぞれをスイッチング素子で挿入
／切り離しできるようにすることにより、時定数（発振
周波数）の大きな切り換えが可能になる。したがって、
基本抵抗器および調整用抵抗器をそれぞれ複数直列に接
続し、そのそれぞれをスイッチング素子で挿入／切り離
しできるようにすることにより、時定数（発振周波数）
の大きな切り換えと微調整をともに内蔵回路ですること
ができる。

【００２０】また、可変容量回路１２は基本コンデンサ
Ｃおよび５本の調整用コンデンサが並列に接続されてお
り、さらに、各調整用コンデンサには個別のスイッチン
グ素子２５〜２９が直列に接続されている。なお、各コ
ンデンサに付した符号（Ｃ，Ｃ′，２Ｃ′，４Ｃ′，８
Ｃ′，１６Ｃ′）はその静電容量を表している。スイッ
チング素子２５〜２９のオン／オフ組み合わせを様々に
変更することにより、調整用コンデンサＣ′，２Ｃ′，
４Ｃ′，８Ｃ′，１６Ｃ′のそれぞれを、基本コンデン
サＣに並列に接続したり切り離したりすることができ、
その合成静電容量をＣ〜Ｃ＋３１Ｃ′の間でＣ′ステッ
プで変更することができる。ここで、静電容量はＣ≫
Ｃ′であるため、静電容量Ｃを基準として静電容量を微
調整することができる。

【００２１】なお、基本コンデンサをこの回路のように
複数並列に接続し、そのそれぞれをスイッチング素子で
接続／切り離しできるようにすることにより、時定数
（発振周波数）の大きな切り換えが可能になる。したが
って、基本コンデンサおよび調整用コンデンサをそれぞ
れ複数直列に接続し、そのそれぞれをスイッチング素子
で接続／切り離しできるようにすることにより、時定数
（発振周波数）の大きな切り換えと微調整をともに内蔵
回路ですることができる。

【００２２】図５は前記ＣＰＵ２の動作を示すフローチ
ャートである。このフローチャートはシステム起動時の
周波数調整動作を示している。なお、このフローチャー
トでは抵抗値のみを調整するようにしているが、静電容
量の調整を並行して行うようにすることもできる。

【００２３】まず、この１チップマイクロコンピュータ
１に電源が供給されると、ＣＲ発振回路４が動作を開始
し、システムクロックがＣＰＵ２に供給される。このシ
ステムクロックによりＣＰＵ２が起動する（ｎ１）。な
お、この電源供給により、同時に水晶発振回路５が動作
を開始する。また、システムクロックはＣＰＵ２に供給
されるとともにクロックカウンタ６に入力される。

【００２４】起動時の処理（イニシャライズ）が終了す
ると、ＣＰＵ２はクロックカウンタ制御回路７に対して
カウント命令を出力する。クロックカウンタ制御回路７
は水晶発振回路５が出力する補助クロックに基づいてク
ロックカウンタ６を起動／停止し、システムクロックの
周波数をカウントする（ｎ１０〜ｎ１３）。

【００２５】クロックカウンタ制御回路７はロジック回
路であるが、説明の便宜上フローチャート上に動作を記
載して説明する。まず、補助クロックの立ち下がりを待
ってクロックカウンタ６にカウント開始信号を出力する
（ｎ１０，ｎ１１）。さらに、次の補助クロックの立ち
下がり検出したとき（ｎ１２）。カウントを停止して、
カウント値をＣＰＵ２に出力するようクロックカウンタ
６に指示する（ｎ１３）。

【００２６】ＣＰＵ２は、ｎ３でこのカウント値を受信
する。カウント値と、設定値（この値は、プログラムＲ
ＯＭ３またはＲＡＭ（ＣＰＵ２に含まれている）に記憶
されている）とを比較する（ｎ４）。比較の結果、カウ
ント値の方が大きければ、周波数が高すぎるということ
であるため、抵抗値を大きくして周波数を低下させる。
この場合抵抗値が最大値であれば、すなわち、スイッチ
ング素子２０〜２４が全てオフしていれば、そのままリ
ターンする（ｎ５）。そうでない場合には、スイッチン
グ素子２０〜２４のオン／オフ組み合わせを変更して、
合成抵抗値をＲ′だけ増加させる（ｎ６）。こののち、
ｎ２に戻って再度周波数のチェックを行う。なお、スイ
ッチング素子２０〜２４のオン／オフ組み合わせの変更
は、２進数的にオン／オフを切り換えればよい。

【００２７】また、逆に、カウント値の方が小さけれ
ば、周波数が低すぎるということであるため、抵抗値を
小さくして周波数を高くする。この場合合成抵抗値が最
小値であれば、すなわち、スイッチング素子２０〜２４
が全てオンしていれば、そのままリターンする（ｎ
７）。そうでない場合には、スイッチング素子２０〜２
４のオン／オフ組み合わせを変更して合成抵抗値をＲ′
だけ減少させる（ｎ８）。こののち、ｎ２に戻って再度
周波数のチェックを行う。

【００２８】なお、上記動作は、周波数の微調整の動作
であるが、待機動作中や外部から動作周波数の変更を指
示する信号が入力された場合などは、基本抵抗値Ｒを切
り換えてシステムクロックを能動的に変更することも可
能である。このためには、上述したように、基本抵抗器
を複数個直列に接続しておき、これを調整用抵抗器と同
様の方式で切り換えればよい。

【００２９】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、外付け
部品なしで発振周波数を微調整でき、高精度のＣＲ発振
回路（システムクロック発振回路）を構成することがで
き、さらに、使用条件に合わせてシステムクロックの発
振周波数を選択変更することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例である１チップマイクロコン
ピュータのブロック図

【図２】同１チップマイクロコンピュータに内蔵される
ＣＲ発振回路のブロック図

【図３】同ＣＲ発振回路の可変抵抗回路の回路図

【図４】同ＣＲ発振回路の可変容量回路の回路図

【図５】同１チップマイクロコンピュータの周波数調整
動作を示すフローチャート

【図６】従来のＣＲ発振回路を示す図

【符号の説明】

４−ＣＲ発振回路 ５−水晶発振回路 ６−クロックカウンタ ７−クロックカウンタ制御回路 １１−可変抵抗回路 １２−可変容量回路 １３−ＳＲラッチ ２０〜２９−スイッチング素子 Ｒ−基本抵抗器 Ｒ′，２Ｒ′，４Ｒ′，８Ｒ′，１６Ｒ′−調整用抵抗
器 Ｃ−基本コンデンサ Ｃ′，２Ｃ′，４Ｃ′，８Ｃ′，１６Ｃ′−調整用コン
デンサ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 システムクロックを発振するＣＲ発振回
   路と、 前記システムクロックよりも十分低い周波数の高精度補
   助クロックを発振する補助クロック発振回路と、 補助クロックに基づいてシステムクロックをカウントす
   るカウント回路と、 前記ＣＲ発振回路の時定数素子を変更する時定数変更回
   路と、 前記カウント回路のカウント値に基づき、前記時定数変
   更回路を用いて前記ＣＲ発振回路の時定数を調整するシ
   ステムクロック調整手段と、 を備えた発振制御装置。
2. 【請求項２】 前記時定数変更回路は、抵抗器の組み合
   わせを変更する回路である請求項１記載の発振制御装
   置。
3. 【請求項３】 前記時定数変更回路は、コンデンサの組
   み合わせを変更する回路である請求項１または請求項２
   記載の発振制御装置。