JPH07253826A - 時刻合わせ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、時刻の逆転現象、又は飛び越しを発
生せずに、時刻合わせする時計の時刻を決め細かに基準
時刻に追従させること。 【構成】発振器(7) からの発振信号を分周回路(4) によ
り分周して計数することにより時計用ＩＣ(5) を機能さ
せる場合、この時計用ＩＣ(5) の時刻を、正午の信号を
基準として分周回路(4) の分周比Ｋｘ、又はこの分周比
Ｋｘを補正する時間比率のうちいずれか一方を変化させ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、コンピュータ・システ
ムに持っている時計の時刻を基準時刻に合わせる時刻合
わせ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】コンピュータ・システムは、その内部に
時計を持っているが、通常この時計は複数存在してい
る。これら時計は、ローカル・エリア・ネットワーク
（ＬＡＮ）を跨いだ各ステーションごとに持つこともあ
るし、又、ＬＡＮに関係しなくても１つの機器内に複数
の中央処理装置（ＣＰＵ）を持つシステムでは、これら
ＣＰＵごとに持つことが多い。さらに、１つのＣＰＵの
管理機器内にも時計専用の集積回路（ＩＣ）と、一定周
期の処理により作成（管理）される時計を持つことがあ
る。

【０００３】又、ステーションが異なれば、当然の事な
がら、同じ機器内の複数の時計の間では、別々のクロッ
ク源、例えば水晶発振器を持っている。これらクロック
源の間には、必ず精度差が存在するので、これら時計の
間には、精度差により大小の違いはあるが、必ず時間差
が生じる。

【０００４】このように時間差が生じるとシステム上、
種々の不具合が生じ、連続運転又は長時間運転する機器
では、この時間差が運転の問題とならない範囲内に収ま
るように管理している。

【０００５】このような時間差を一定範囲内に収める方
法としては、一定時間間隔毎にいずれかの時計を基準と
して時刻合わせ（補正）をかけたり、又は時刻差が一定
値以上となったときにいずれかの時計を基準として時刻
合わせをかけている。

【０００６】これらの時刻合わせ方法のいずれの方法に
しても、時刻合わせをかける時に、基準となる時計の時
刻を、時刻合わせする時計に書き込む方法をとってい
る。例えば、基準となる時計の時刻が「１９９３年１０
月１８日２０時３５分４５秒」であり、時刻合わせする
時計の時刻が「１９９３年１０月１８日２０時３５分４
９秒」である場合、秒を書き換えて「４５秒」と時刻合
わせする。

【０００７】しかしながら、このような時刻合わせで
は、次のような不具合が生じる。例えば、時刻補正をか
けたときの様子を、補正される時計の時刻が４秒進んで
いる場合を例にとって説明すると、この補正される時計
の秒の値だけを１秒おきに見ると、 となって時刻の逆転現象が発生する。

【０００８】このため、時刻合わせ前の時刻と時刻合わ
せ後の時刻（下線指示）とがダブルことになり、この時
間において不具合が生じる。これとは反対に、時刻合わ
せされる時計時刻が基準時刻よりも遅れている場合、例
えば基準となる時計の時刻が「１９９３年１０月１８日
２０時３５分４５秒」であり、時刻合わせされる時計の
時刻が「１９９３年１０月１８日２０時３５分４１秒」
で４秒遅れている場合、 というように時刻の飛び越しが発生する。

【０００９】このように時刻合わせを行う場合、システ
ムに時間に従ってデータを収集する機能が存在すれば、
これらデータの扱いについて不具合が生じる。例えば、
時間と共にその時の動作を記録していた場合、時刻合わ
せを挟んだ２つの動作の時間差は、その動作記録を見た
限りでは判明しない。

【００１０】これに対して時刻合わせを短い時間間隔で
行えば、上記不具合を防止できるが、これでは時刻合わ
せのための処理量が多くなり、本来の必要な処理を圧迫
する。

【００１１】又、基準とする時計の時刻にｍ秒の単位の
時刻がなく、時刻合わせされる時計の時刻にｍ秒単位の
時刻がある場合、どんなに短周期で時刻合わせを行って
もｍ秒単位において上記同様の時刻の逆転現象、又は飛
び越しが発生する。

【００１２】一方、時刻合わせ方法として、水晶発振子
に可変コンデンサ（トリマコンデンサ）を接続し、この
トリマコンデンサ容量を可変して発振周波数を微調整す
る方法がある。なお、発振器を調整する際には、トリマ
コンデンサを半固定的に操作して設定する。

【００１３】しかしながら、この時刻合わせ方法では、
水晶発振子にトリマコンデンサを接続するので、発振器
に余分な回路が接続されることになり、Ｑが下がって周
波数安定度が悪くなる。

【００１４】又、プログラムにより制御可能とするため
には、回路が多く必要となり高価となる。最も重要なこ
とに必要とする周波数を得ることが困難である。例え
ば、コンデンサ容量で水晶発振子の周波数を変化させる
場合、水晶発振子等の素子のばらつきにより、トリマコ
ンデンサ容量に対する発振周波数の関係を正確に掴むこ
とが困難である。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】以上のように時刻合わ
せを行うと、時刻の逆転現象、又は飛び越しが発生し、
例えばデータ収集した場合にデータの扱いについて不具
合が生じる。又、水晶発振子にトリマコンデンサを接続
しても、Ｑが下がって周波数安定度が悪くなる上、必要
とする周波数を得ることが困難である。

【００１６】そこで本発明は、時刻の逆転現象、又は飛
び越しを発生せずに、時刻合わせする時計の時刻を決め
細かに基準時刻に追従させることができる時刻合わせ方
法を提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】請求項１によれば、発振
器の発振信号を分周回路により分周して計数する時計の
時刻を基準時刻に合わせる時刻合わせ装置において、所
定周期毎に分周回路の分周比を基準時刻との時間差に応
じて補正する手段を備えて上記目的を達成しようとする
時刻合わせ装置である。

【００１８】請求項２によれば、分周回路の分周比が発
振器精度の逆数よりも大きい場合、分周比を小さくして
時計を進ませ、かつ分周比を大きくして時計を遅らせて
いる。

【００１９】請求項３によれば、発振器の発振信号を分
周回路により分周して計数する時計の時刻を基準時刻に
合わせる時刻合わせ装置において、分周比を補正する時
間比率を変化させる手段を備えて上記目的を達成しよう
とする時刻合わせ装置である。

【００２０】請求項４によれば、分周回路の分周比が発
振器精度の逆数よりも小さい場合、時刻合わせする周期
で、分周比の大きい期間と分周比の小さい期間との時間
比率を設定している。

【００２１】

【作用】請求項１によれば、発振器の発振信号を分周回
路により分周して計数する時計の時刻合わせを、所定周
期毎に基準時刻との時間差を求め、この時間差に応じた
分周回路の分周比に補正して時刻合わせを行う。

【００２２】この場合、請求項２によれば、分周回路の
分周比が発振器精度の逆数よりも大きい場合、分周比を
小さくして時計を進ませ、かつ分周比を大きくして時計
を遅らせている。

【００２３】請求項３によれば、発振器の発振信号を分
周回路により分周して計数する時計の時刻合わせを、分
周比を補正する時間比率に応じた各期間でそれぞれ分周
比を設定して時刻合わせを行う。

【００２４】この場合、請求項４によれば、分周回路の
分周比が発振器精度の逆数よりも小さい場合、分周比の
大きい期間と分周比の小さい期間との時間比率を設定し
ている。

【００２５】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
して説明する。図１はコンピュータ・システムに適用し
た時刻合わせ装置の構成図である。ＣＰＵ１には、バス
２を介してメモリ３、分周回路４及び時計用ＩＣ５が接
続されるとともに基準信号受信器６が接続されている。

【００２６】このうち分周回路４には、発振器７が接続
されている。この発振器７は、水晶発振子を主に構成す
るもので、その発振周波数は１０ＭＨｚとなっている。
分周回路４は、発振器７により発振された発振信号を、
ＣＰＵ１から受け取った分周比Ｋｘにより発振信号を分
周出力する機能を有している。

【００２７】時計用ＩＣ５は、分周回路４の分周出力を
受け取って年月日時分秒をカウントする機能を有してい
る。一方、基準信号受信器６は、アンテナ８により受信
した時刻データ、例えばラジオ放送における正時の時報
（例えば、日本放送協会ＮＨＫにおけるＦＭ放送の正午
の時報「ピー・ピー・ピー・ポー」の音）のみを検出
し、この検出信号を割り込み信号としてＣＰＵ１に知ら
せる機能を有している。

【００２８】メモリ３には、時刻合わせのプログラムが
予め記憶されるとともに、分周比Ｋｘ等の変数が予め記
憶されている。ＣＰＵ１は、メモリ３に記憶されている
時刻合わせのプログラムを実行して時計用ＩＣ５の時刻
を基準時刻に合わせる機能を有している。

【００２９】第１に、ＣＰＵ１は、分周回路４の分周比
Ｋｘが発振器７の精度の逆数よりも大きい場合、基準信
号受信器６からの検出信号を割込み信号として入力し、
この割込み信号入力毎に分周回路４の分周比Ｋｘを基準
時刻、ここでは正時との時間差に応じて補正する手段を
備えている。

【００３０】このとき、ＣＰＵ１は、分周回路４の分周
比Ｋｘを小さくして時計用ＩＣ５を進ませ、かつ分周比
Ｋｘを大きくして時計用ＩＣ５を遅らせる機能を有して
いる。

【００３１】第２に、ＣＰＵ１は、分周回路４の分周比
Ｋｘが発振器７の精度の逆数よりも小さい場合、時刻合
わせする周期つまり基準信号受信器６からの検出信号を
割込み信号として入力する周期Ｔにおいて、分周比Ｋｘ
の大きい期間Ｔｈと分周比ＫＸの小さい期間Ｔｌとの時
間比率を設定する機能を有している。

【００３２】なお、このコンピュータ・システムでは、
上記図１に示す構成の他にＩ／Ｏ等が存在するが、ここ
では省略する。次に上記の如く構成された装置の作用に
ついて説明する。

【００３３】発振器７は、水晶発振子の振動によって発
振周波数１０ＭＨｚの発振信号を出力する。このとき、
ＣＰＵ１から分周回路４に対して分周比Ｋｘの初期値Ｋ
ｏ（例えば１０⁷ ）を与える。

【００３４】これにより、分周回路４は、発振周波数１
０ＭＨｚの発振信号を分周比Ｋｏにより分周して周波数
１Ｈｚの分周出力を得る。時計用ＩＣ５は、分周回路４
の分周出力を入力することにより年月日時分秒をカウン
トする。なお、この時計用ＩＣ５の時刻は、ＣＰＵ１に
よって読み出し可能であるとともに時刻設定可能であ
る。

【００３５】この状態に、基準信号受信器６は、アンテ
ナ８で受信した電波のうち正時の時報（例えば正午の時
報）を検出すると、この正午の検出信号を割り込み信号
としてＣＰＵ１に送る。

【００３６】このＣＰＵ１は、基準信号受信器６からの
検出信号が割込み信号として入力する毎に時計用ＩＣ５
の時刻合わせを行う。ここで、この時刻合わせは、次の
２通りで実行される。

【００３７】すなわち、時計用ＩＣ５において必要とす
る周波数Ｃｕ（Ｈｚ）よりも十分高い周波数Ｃｏ（Ｈ
ｚ）で発振器７は発振している。このとき、理想（発振
器７の公称値）の分周比Ｋｏは、 Ｋｏ＝Ｃｏ／Ｃｕ …(1) により表される。

【００３８】実際の発振周波数は、環境の影響や個々の
差が出て、発振周波数はＣｏよりもずれる。このずれ
は、発振器７の発振精度（発振確度、発振安定性）Ｅと
して表すことができる。なお、実際使用する発振器７の
発振精度Ｅは、数ｐｐｍから数百ｐｐｍの値が多い。こ
のような事から、実際の発振周波数Ｃｘは、 Ｃｘ＝Ｃｏ（１±Ｅ） …(2) により表される。

【００３９】この式(2) から発振周波数Ｃｏがずれても
必要とする周波数Ｃｕを一定に保つためには、分周比Ｋ
ｘを変えればよいことが分かる。この変えた分周比をＫ
ｍとすると、 Ｃｕ＝Ｃｘ／Ｋｍ …(3) の関係が成り立ち、この式に上記式(2) を代入すると、
分周比Ｋｍは、 Ｋｍ＝Ｋｏ・（１±Ｅ） …(4) となり、分周比による調節の範囲を示す、ＫｍとＫｏと
の差Ｖは、 ±Ｖ＝Ｋｍ−Ｋｏ ＝±Ｋｏ・Ｅ …(5) により表される。

【００４０】従って、ＫｍとＫｏとの差Ｖが１よりも十
分に大きければ、分周比Ｋｘのみを基準時刻との時間差
に応じて補正して時刻合わせを行う第１の方法となる。
又、ＫｍとＫｏとの差Ｖが１よりも小さければ、分周比
を補正する時間比率を変化させて時刻合わせを行う第２
の方法となる。

【００４１】この理由を説明すると、分周はディジタル
回路で行うので、分周比Ｋｘは整数でなければならな
い。発振器７の発振精度±Ｅの意味は、−Ｅから＋Ｅま
で連続に発振精度が変化する可能性があることを示す。
ＫｍとＫｏとの差Ｖの値が調節の段階の数を示している
ので、このＶの値が小さいという事は微調整できない事
になり、正確な周波数に抑え込むことができなくなるか
らである。 (a) 次にＫｍとＫｏとの差Ｖが１よりも十分に大きい場
合、分周比Ｋｘのみを補正して時刻合わせを行う第１の
方法について説明する。

【００４２】上記の如くＣＰＵ１に基準信号受信器６か
らの検出信号が割込み信号として入力すると、このとき
ＣＰＵ１は、新しい分周比Ｋｘを求めて設定し直す。こ
の新しい分周比Ｋｘは、現時点までのＫｘの履歴、及び
時計用ＩＣ５の時刻と基準時刻との時間差ｄｔとの関数
で表される。

【００４３】例えば、新しい分周比Ｋｘを次のように決
める。すなわち、新しい分周比をＫnxとし、補正時にお
ける時計用ＩＣ５の時刻と基準時刻（正時）との時間差
をｄtnとし、現分周比をＫxn-1とし、前回の時計用ＩＣ
５の時刻と基準時刻との時間差をｄtn-1とすると、新し
い分周比Ｋｘは、 Ｋｘ＝Ｋxn-1＋ｄtn／Ｃｏ・β （０＜β＜２） …(6) により求められる。

【００４４】具体的には、ＣＰＵ１は、割り込みが発生
すると、前回の時刻合わせを行ったときから今回の割り
込み発生時までの時間間隔Ｔを求める。なお、発振器７
の精度は、正時毎の割り込みが入る最大間隔の間にも時
刻合わせできる範囲を越えないような発振精度となって
いる。例えば、その時間間隔が１日であれば、誤差は１
時間以内になるような発振精度が要求される。通常、水
晶発振子の発振精度は、多くても数十ｐｐｍであり、十
分にこの条件を満たしている。

【００４５】そこで、ＣＰＵ１は、割り込み時に、基準
とする正午の時刻と現在の時計用ＩＣ５の時刻との差、
つまり時刻合わせしなければならない時刻差を求め、こ
の時刻差をｄｔとする。

【００４６】次にＣＰＵ１は、新しい分周比Ｋｘを次式
に従って求める。 Ｋｘ＝Ｋxn-1・（１＋β・ｄｔ／Ｔ） …(7) ここで、βは係数であり上記の如く０＜β＜２の範囲の
値である。このβ値が大きいと時刻は早く基準の時刻に
近付き、小さいとその逆となる。

【００４７】この新しい分周比Ｋｘは、次式に示すよう
に２つの部分に分けられる。 Ｋｘ＝Ｋｂ＋Ｋｃ …(8) Ｋｂは基準時刻と時計用ＩＣ５の時刻の進み具合の差
で、２つの時刻の精度差となる。又、Ｋｃは基準時刻と
時計用ＩＣ５の時刻との間に既に時刻差が生じている場
合、その差が０となるように徐々に差を縮めるための値
となる。これらＫｂとＫｃの値は、２つの時計が一致し
ている多くの場合の０となっている。

【００４８】従って、時計用ＩＣ５の時刻を早く進める
場合は、分周比Ｋｘが小さく設定され、逆に遅らせたい
場合は、分周比Ｋｘは大きく設定される。但し、この分
周比Ｋｘの大小の基準は、前回設定した分周比Ｋｘの値
との比較である。なぜならば、例えば発振器７の発振周
波数が正確な時計又は基準としたい時計と比較して大幅
に遅れている場合、選択する分周比Ｋｘの範囲は常に初
期の分周比Ｋｏよりも小さくなるからである。

【００４９】しかるに、ＣＰＵ１は、上記の如く求めた
新しい分周比Ｋｘを分周回路４に設定する。なお、この
とき発振器７の発振周波数が正確でかつ時刻が基準とす
る時刻に一致している場合は、 Ｋｘ＝Ｋｏ …(9) となる。 (b) 次にＫｍとＫｏとの差Ｖが１よりも小さい場合、分
周比Ｋｘを補正する時間比率を変化させて時刻合わせを
行う第２の方法について説明する。

【００５０】ＣＰＵ１は、割り込みが発生すると、前回
の時刻合わせを行ったときから今回の割り込み発生時ま
での時間間隔Ｔを求める。次にＣＰＵ１は、図２に示す
ように時間間隔Ｔを分周比Ｋｘの大きい期間Ｔｈと小さ
い期間Ｔｌとに分ける。つまり、 Ｔ＝Ｔｈ＋Ｔｌ …(10) となる。

【００５１】次にＣＰＵ１は、分周比Ｋｘを上記式(6)
を演算して求める。ただし、ここでは分周比Ｋｘの小数
点以下も求める。各期間Ｔｈ、Ｔｌは、リニアな値でな
くある単位時間τの倍数となる。分周比Ｋｘの小数点以
下の有効桁数は、時間間隔Ｔをその単位時間τで割った
値Ｋｔの桁数に一致する。

【００５２】有効桁数を考慮した分周比の値をＫxdと
し、このＫxdの少数点以下を切り捨てた値をＫx0、切り
上げた値をＫxlとすると、期間Ｔｈは次式により求めら
れる。 Ｔｈ＝（Ｋxl−Ｋxd）・Ｔ …(11) なお、Ｔｌは、上記式(10)から求められる。

【００５３】しかるに、ＣＰＵ１は、期間Ｔｈにおける
分周比をＫx0とし、期間Ｔｌにおける分周比をＫxlに設
定する。このようにＫｍとＫｏとの差Ｖを１より十分大
きくできない場合、分周比Ｋｘを時間間隔Ｔ内の期間Ｔ
ｈでＫx0に設定し、期間ＴｌでＫxlに設定する。

【００５４】このような期間ＴｈとＴｌとの時間比率に
おいて、期間Ｔｌを大きくすると時刻は遅く進むように
なり、逆に小さくすると早く進むようになる。このよう
に上記一実施例においては、発振信号を分周して計数す
ることにより時計用ＩＣ５を機能させる場合、この時計
用ＩＣ５の時刻を、正午の信号を基準として分周回路４
の分周比Ｋｘ、又はこの分周比Ｋｘを補正する時間間隔
のうちいずれか一方を変化させるようにしたので、時計
用ＩＣ５の時刻をなめらかに基準時刻に追従させて合わ
せる、つまり従来のように一挙に時刻合わせするのでな
く徐々に時刻合わせすることができ、例えばデータ収集
におけるトレースデータの扱いについて不具合が生じる
ことはない。

【００５５】この場合、ＫｍとＫｏとの差Ｖが１よりも
十分に大きければ、分周比Ｋｘのみを基準時刻との時間
差に応じて補正して時刻合わせを行う第１の方法を採る
ことができ、又、ＫｍとＫｏとの差Ｖが１よりも小さけ
れば、分周比を補正する時間比率を変化させて時刻合わ
せを行う第２の方法を採ることができる。

【００５６】又、発振器７に精度差が存在してして、そ
の精度差が様々な環境で変化しても、簡単に時刻合わせ
できる。コンピュータ・システムにおける時計には、時
計用ＩＣを用いたハードウエアの時計と、一定周期の割
り込みを用いたソフトウエアの時計とがある。いずれの
時計の場合もクロック源である発振子（水晶発振子）の
発振周波数は、かなり大きい。例えば、時計用ＩＣに用
いる周波数は通常３２７６８Ｈｚであり、ＣＰＵのクロ
ックを兼用するものにいたっては数ＭＨｚ以上の発振周
波数をもつ。

【００５７】時計用ＩＣでは、上記の如く内部に分周回
路を持ち、表示に必要な周波数まで分周してからその読
み出しのできる計数器にいれている。又、一定周期の割
り込みを使用するソフトウェアの時計においても、その
一定周波数になるまで発振器の周波数を分周してから割
り込み信号として使用している。

【００５８】従って、上記時刻合わせ方法は、時計用Ｉ
Ｃを用いたハードウエアの時計と、一定周期の割り込み
を用いたソフトウエアの時計とに対して適用可能であ
り、両時計に対して時刻の逆転現象、又は飛び越しを発
生せずに、時刻合わせする時計の時刻を決め細かに基準
時刻に追従させることができる。

【００５９】なお、本発明は、上記一実施例に限定され
るものでなく次の通りに変形してもよい。例えば、時計
用ＩＣ５の時刻と基準時刻との時間差ｄｔを元にＰＩＤ
制御すれば、より正確に時刻合わせができる。

【００６０】又、水晶発振子の精度は、ドライバの駆動
電圧と温度に大きく依存するので、これらの値を測定し
フィードフォーワード制御することにより、より正確な
時刻合わせができる。

【００６１】又、温度が測定できない場合の応用例とし
て、温度は一日の時間変化と一年の季節の変化に大きく
依存するので、分周比Ｋｘの一日の変かパターンと一年
の変化パターンとを予め記憶してフィードフォーワード
制御することにより、より正確な時刻合わせを行うよう
にしてもよい。

【００６２】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、時
刻の逆転現象、又は飛び越しを発生せずに、時刻合わせ
する時計の時刻を決め細かに基準時刻に追従させること
ができる時刻合わせ方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる時刻合わせ方法を適用した一実
施例を示すコンピュータ・システムの構成図。

【図２】分周比Ｋｘの時間比率の変化を示す模式図。

【符号の説明】

１…ＣＰＵ、２…バス、３…メモリ、４…分周回路、５
…時計用ＩＣ、６…基準信号受信器、７…発振器、８…
アンテナ。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 発振器の発振信号を分周回路により分周
   して計数する時計の時刻を基準時刻に合わせる時刻合わ
   せ装置において、 所定周期毎に前記分周回路の分周比を前記基準時刻との
   時間差に応じて補正する手段を備えたことを特徴とする
   時刻合わせ装置。
2. 【請求項２】 分周回路の分周比が発振器精度の逆数よ
   りも大きい場合、前記分周比を小さくして時計を進ま
   せ、かつ前記分周比を大きくして前記時計を遅らせるこ
   とを特徴とする請求項１記載の時刻合わせ装置。
3. 【請求項３】 発振器の発振信号を分周回路により分周
   して計数する時計の時刻を基準時刻に合わせる時刻合わ
   せ装置において、 前記分周比を補正する時間比率を変化させる手段を備え
   たことを特徴とする時刻合わせ装置。
4. 【請求項４】 分周回路の分周比が発振器精度の逆数よ
   りも小さい場合、時刻合わせする周期で、前記分周比の
   大きい期間と前記分周比の小さい期間との時間比率を設
   定することを特徴とする請求項３記載の時刻合わせ装
   置。