(57)【要約】【課題】振動子を使用しない半導体発振回路を用いた構成で時間情報の精度を向上する。【解決手段】半導体発振回路１から入力する信号のパルス数のカウント値に基づいてクロック信号を生成するカウント回路２と、前記半導体発振回路１の温度を検出する温度検出回路３と、前記温度検出回路３の温度検出信号に基づいて前記パルス数のカウント値を規定し、前記クロック信号のパルスの生成タイミングを制御する制御回路４と、を備えたものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体発振回路から入力する信号のパルス数のカウント値に基づいてクロック信号を生成するカウント回路と、
前記半導体発振回路の温度を検出する温度検出回路と、
前記温度検出回路の温度検出信号に基づいて前記パルス数のカウント値を規定し、前記クロック信号のパルスの生成タイミングを制御する制御回路と、
を備えたことを特徴とするリアルタイムクロック装置。
【請求項２】
前記半導体発振回路で生成され、前記カウント回路に入力する信号の温度特性を記憶する記憶部を備え、
前記制御回路は、前記温度検出回路により検出された温度と前記記憶部に記憶された前記信号の温度特性とを参照して前記カウント値を変更する請求項１記載のリアルタイムクロック装置。
【請求項３】
少なくとも、前記半導体発振回路、前記カウント回路、前記温度検出回路及び前記制御回路を１チップ化して半導体集積回路の構成とした請求項１又は２記載のリアルタイムクロック装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リアルタイムクロック装置に関し、特に振動子を使用しない半導体発振回路を用いた構成で時間情報の精度を向上し得るリアルタイムクロック装置に係るものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のリアルタイムクロック装置は、出力される時間情報としてのクロック信号に高い精度を確保するため、一般に、振動子を用いた発振回路が使用されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、例えば水晶や圧電セラミック等の振動子を用いない発振回路であっても、少なくとも３つの異なる温度で半導体集積回路の信号発生手段の出力する基準信号の値を測定し、測定した基準信号の値を目標値とするため信号発生手段のトリミング手段に与える補正制御データを求め、３つの温度で得た信号発生手段のトリミング手段に与える補正制御データから半導体集積回路の使用温度範囲における各温度の補正制御データを算出し、各温度の補正制御データを温度と対応付けて格納手段に格納し、半導体集積回路の温度検出手段で検出した温度に応じて格納手段から信号発生手段のトリミング手段に与える補正制御データを読み出して信号発生手段のトリミング手段に設定し、信号発生手段が出力する基準信号の温度補正を行うようにしたものがある（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２５２２１０号公報
【特許文献２】特開２０１１−１６６４３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１に開示の発振回路は、振動子を使用するため製造コストが高くなるという問題があった。特に、例えば車載用電気制御の発振回路の場合は、クロック信号の温度変化に対する要求精度はそれほど高くない。したがって、このような発振回路において振動子を使用することは、過剰品質及び高コストの問題を招くおそれがある。
【０００６】
一方、特許文献２に開示の半導体集積回路は、振動子を使用していないため低コストで実現することができるものの、時間情報の精度はそれほど高くなかった。また、特許文献２に開示の半導体集積回路の発振周波数の温度補正は、基準周波数の温度補正を行うと共に、該基準周波数を目標に補正されるため、発振周波数の温度補正処理が複雑になるという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明は、このような問題点に対処し、振動子を使用しない半導体発振回路を用いた構成で時間情報の精度を向上し得るリアルタイムクロック装置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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明によるリアルタイムクロック装置は、半導体発振回路から入力する信号のパルス数のカウント値に基づいてクロック信号を生成するカウント回路と、前記半導体発振回路の温度を検出する温度検出回路と、前記温度検出回路の温度検出信号に基づいて前記パルス数のカウント値を規定し、前記クロック信号のパルスの生成タイミングを制御する制御回路と、を備えたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、振動子を使用しない半導体発振回路を用いた構成でも時間情報の精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明によるリアルタイムクロック装置の一実施形態を示すブロック図である。
【図２】本発明によるリアルタイムクロック装置に使用する半導体発振回路の一構成例を示す説明図である。
【図３】図２の半導体発振回路の動作を説明するタイミングチャートである。
【図４】上記半導体発振回路の温度対周波数変動の関係を説明するグラフである。
【図５】本発明によるリアルタイムクロック装置の制御回路によるクロック信号のパルス発生タイミングの制御を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明によるリアルタイムクロック装置の一実施形態を示すブロック図である。このリアルタイムクロック装置は、振動子を使用しない構成で一定のクロック信号を生成するもので、半導体発振回路１と、カウント回路２と、温度検出回路３と、制御回路４と、を備えて構成されている。
【００１２】
上記半導体発振回路１は、振動子を使用せず半導体素子により構成したものであり、例えば、図２に示すように、コンデンサ５と、第１の電流源６と、第２の電流源７と、コンパレータ回路８と、第１の比較電源９と、第２の比較電源１０と、ロジック回路１１と、第１スイッチ１２、第２スイッチ１３及び基準電圧切換スイッチ１４と、を備えて構成されている。
【００１３】
上記コンデンサ５は、後述の第１の電流源６から供給される電流によって電荷を蓄積するものであり、蓄積された電荷が後述の第２の電流源７によって放電されるようになっている。そして、一端を後述のコンパレータ回路８の入力端子（以下「正入力端子」という）に接続し、他端を接地して設けられている。
【００１４】
また、上記第１の電流源６は、一定電流を出力するもので、後述の第１スイッチ１２を介してコンデンサ５に電荷を充電できるように、出力側がコンデンサ５側となるように設けられている。さらに、第２の電流源７は、一定電流を出力するものであり、コンデンサ５に充電された電荷を後述の第２スイッチ１３を介して放電できるように出力側を接地させて設けられている。
【００１５】
また、上記コンパレータ回路８は、正入力端子の入力電圧と、基準電圧端子（以下「負入力端子」という）の基準電圧とを比較して出力状態を変えるものであり、比較器である。さらに、上記第１の比較電源９は第１の基準電圧Ｖref1を生成するもので、上記第２の比較電源１０は第２の基準電圧Ｖref2を生成するものであり、夫々、後述の基準電圧切換スイッチ１４を介してコンパレータ回路８の負入力端子に接続されるようになっている。
【００１６】
さらに、上記ロジック回路１１は、コンパレータ回路８の出力信号の立下りに同期して第１スイッチ１２をオンさせ、第２スイッチ１３をオフさせると共に基準電圧切換スイッチ１４を第１の基準電圧Ｖref1側に切換えさせる。さらにまた、コンパレータ回路８の出力信号の立ち上がりに同期して第１スイッチ１２をオフさせ、第２スイッチ１３をオンさせると共に基準電圧切換スイッチ１４を第２の基準電圧Ｖref2側に切換えさせるようになっている。
【００１７】
そして、上記第１スイッチ１２は、コンデンサ５への充電のオン・オフ切換えをするものであり、上記第２スイッチ１３は、コンデンサ５からの放電のオン・オフ切換えをするもので、上記基準電圧切換スイッチ１４は、コンパレータ回路８における第１の基準電圧Ｖref1と第２の基準電圧Ｖref2との切換えをするものである。
【００１８】
このように構成された半導体発振回路１の動作を、図２，３を参照して説明する。
先ず、第１スイッチ１２がオンし、第２スイッチ１３がオフし、基準電圧切換スイッチ１４が第１の基準電圧Ｖref1側に切換えられている状態において、図３（ｄ）に示すように、コンデンサ５には第１の電流源６が接続され、同図（ｃ）に示すようにコンパレータ回路８の負入力端子に印加される基準電圧は、第１の基準電圧Ｖref1である。この状態では、コンデンサ５に電荷が充電され、コンパレータ回路８の正入力端子の入力電圧は、同図（ｂ）に示すように時間の経過に伴って増加する。そして、上記入力電圧が第１の基準電圧Ｖref1を超えると、同図（ａ）に示すようにコンパレータ回路８の出力は、ローからハイに反転する。
【００１９】
同時に、ロジック回路１１に制御されて第１スイッチ１２がオフし、第２スイッチ１３がオンし、基準電圧切換スイッチ１４が第２の基準電圧Ｖref2側に切り換わる。これにより、コンデンサ５に接続される接続電流源は、図３（ｄ）に示すように第２の電流源７に切り換わり、同図（ｃ）に示すように、コンパレータ回路８の負入力端子には第２の基準電圧Ｖref2が加わることになる。したがって、この状態においては、コンデンサ５に充電された電荷が放電され、同図（ｂ）に示すように、コンパレータ回路８の正入力端子の入力電圧が時間の経過と共に低下する。そして、上記入力電圧が第２の基準電圧Ｖref2を下回ると、同図（ａ）に示すようにコンパレータ回路８の出力はハイからローに反転する。
【００２０】
以降、同様にしてコンデンサ５の充電及び放電が繰り返され、コンパレータ回路８から一定周波数の信号が出力される。
【００２１】
しかし、このような半導体発振回路１においては、第１及び第２の電流源６，７が温度特性を有するため、温度に応じて充放電時間が変化する。したがって、コンパレータ回路８から出力される信号の周波数、即ち上記半導体発振回路１の発振周波数が、例えば図４に示すように温度変化に応じて変化することになる。即ち、温度２５℃の時の発振周波数を基準として、例えば温度が１２５℃となると発振周波数の変動率は、＋３．０％となり、温度が−４０℃の時には、発振周波数の変動率は−５．０％となる。
【００２２】
上記半導体発振回路１の発振周波数の温度特性データは、半導体発振回路素子の出荷時テストにおいて取得され、例えば上記素子に組み込んで発振回路の形成と同時に設けられた図示省略の記憶部に温度−周波数変換テーブル（以下「補正用テーブル」という）として保存される。したがって、本発明によるリアルタイムクロック装置においては、上記記憶部に保存された補正用テーブルがクロック信号の生成制御に使用される。これに関しては、後に詳述する。なお、上記記憶部は、半導体発振回路１に組み込まれたものに限られず、別に設けられたものであってもよい。
【００２３】
また、図１においては、半導体発振回路１の出力をカウント回路２に直接入力する場合を示しているが、半導体発振回路１の発振周波数が高いときには、半導体発振回路１で生成された発振周波数を分周回路により所望の低い周波数まで低下させてもよい。この場合は、上記補正用テーブルは、分周回路から出力される周波数と温度との関係を示すものである。以下の説明においては、分周回路を使用しない場合について述べる。
【００２４】
上記半導体発振回路１に電気的に接続してカウント回路２が設けられている。このカウント回路２は、一定の時間間隔（例えば１秒間隔）でパルスを生成する時間情報としてのクロック信号を出力するものであり、半導体発振回路１から入力するパルス信号のパルス数をカウントすると共に、このカウント数と、後述の制御回路４において設定されたカウント値とを比較して両数値が合致すると上記クロック信号の１パルスを生成するようになっている。そして、上記クロック信号の１パルスが生成されると上記カウント数はゼロにリセットされる。
【００２５】
上記半導体発振回路１の温度、又はその周辺温度の検出が可能となるように温度検出回路３が設けられている。この温度検出回路３は、上記半導体発振回路１の温度、又はその周辺の温度を検出してその温度に相当する電気信号（温度検出信号）を出力するものであり、温度センサーを含んで構成されている。
【００２６】
上記半導体発振回路１、カウント回路２及び温度検出回路３に電気的に接続して制御回路４が設けられている。この制御回路４は、温度検出回路３の温度検出信号に基づいて上記カウント回路２においてカウントされる上記パルス数のカウント値を規定することにより、クロック信号の１パルスの生成タイミングを制御するようになっている。
【００２７】
詳細には、制御回路４は、温度検出回路３から入力するアナログの温度検出信号をＡ／Ｄ変換してデジタル化するＡＤコンバータ（ＡＤＣ）１５と、Ａ／Ｄ変換された温度検出信号と半導体発振回路１から入力する補正用テーブルとを比較して、検出された温度（半導体発振回路１の温度）における半導体発振回路１の発振周波数を推定し、該発振周波数における１秒間のパルス数を、上記カウント回路２におけるクロック信号のパルスの生成タイミングを定めるカウント値として決定するカウント値決定部１６と、決定されたカウント値を上記パルスの生成タイミング制御用のカウント値として設定するカウント値設定部１７と、を備えている。
【００２８】
このように構成された制御回路４は、次のように動作する。先ず、図５に示すように、直前の１秒のカウントが完了して、カウント回路２から例えばｎ回目のパルスが生成されると、該パルスをトリガーとして上記カウント値の設定動作を開始する。即ち、温度検出回路３から入力したアナログの温度検出信号をＡ／Ｄ変換してデジタル化し、半導体発振回路１の温度に相当する温度データを得る。さらに、この温度データと半導体発振回路１から入力した補正用テーブルとを比較して当該温度における半導体発振回路１の発振周波数を推定する。そして、上記推定された発振周波数の１秒間にカウントされるパルス数をカウント値に決定し、該カウント値をクロック信号のパルスの生成タイミングを規定するカウント値として設定する。
【００２９】
これにより、上記カウント回路２は、前述したように、半導体発振回路１から入力した入力信号のパルス数をカウントし、そのカウント数が制御回路４から指示されるカウント値と合致したときに、図５に示す（ｎ＋１）回目のパルスを出力することになる。したがって、上記パルスは、半導体発振回路１の発振周波数が温度によって変動しても、変動した後の発振周波数における１秒間のパルス数に相当するパルス数がカウントされたときに生成されるため、クロック信号のパルスは正確に１秒を刻むことになる。
【００３０】
次に、このように構成された本発明によるリアルタイムクロック装置の動作について説明する。
半導体発振回路１の記憶部には、半導体発振回路１の発振周波数の温度特性が測定されて、補正用テーブルとして保存されている。
【００３１】
具体的には、半導体発振回路１の記憶部には、例えば温度がｔ＝２５℃のときの発振周波数１００００Ｈｚを基準に、データ１（１２０℃≦ｔ）に対して周波数変動率＋３．８％（１０３８０Ｈｚ）、データ２（７０℃≦ｔ＜１２０℃）に対して周波数変動率＋１．９％（１０１９０Ｈｚ）、データ３（−２０℃＜ｔ≦０℃）に対して周波数変動率−１．９％（９８１０Ｈｚ）、データ４（ｔ≦−２０℃）に対して周波数変動率−３．８％（９６２０Ｈｚ）を対応付けた補正用テーブルが保存されている。
【００３２】
したがって、半導体発振回路１の温度（又は周囲温度）がｔ＝２５℃（常温）から上昇してｔ＝７０℃となったときには、周波数変動率は＋１．９％となって、半導体発振回路１から出力される信号の周波数は１０１９０Ｈｚになっている。
【００３３】
カウント回路２は、例えば図５に示すように、クロック信号のｎ回目のパルスが生成されると、半導体発振回路１から入力するパルス信号のパルスのカウント数をゼロにリセットし、改めてパルス数のカウントを開始する。
【００３４】
同時に、制御回路４は、カウント回路２からクロック信号のｎ回目のパルスが生成されると、それをトリガーとしてカウント値の設定動作を開始する。即ち、温度検出回路３から入力したアナログの温度検出信号をＡ／Ｄ変換してデジタル化し、該検出温度と、半導体発振回路１から入力した補正用テーブルとを比較する。このとき、半導体発振回路１の温度はｔ＝７０℃となっているため、温度検出回路３で検出される温度もｔ＝７０℃である。したがって、補正用テーブルからデータ２（７０℃≦ｔ＜１２０℃）に対応付けられた周波数変動率＋１．９％（１０１９０Ｈｚ）が読み出される。そして、１０１９０パルスで１秒をカウントするようにカウント値（１０１９０パルス）が決定され、該カウント値がクロック信号のパルスの生成タイミング制御用として設定される。
【００３５】
一方、カウント回路２においては、半導体発振回路１から入力する周波数が１０１９０Ｈｚのパルス信号のカウント数を制御回路４から指示されたカウント値（１０１９０パルス）と比較する。そして、カウントされたパルス数が１０１９０パルスとなって制御回路４から指示されたカウント値（１０１９０パルス）と合致すると（ｎ＋１）回目のパルスを生成する。したがって、ｎ回目のパルスが生成されてから（ｎ＋１）回目のパルスが生成されるまでの時間は、半導体発振回路１から出力される信号の発振周波数（１０１９０Ｈｚ）の１０１９０パルスがカウントされる時間であるから、１秒に相当する。以降、温度検出回路３から入力する検出温度が１秒毎に処理され、パルスが１秒間隔で発生するクロック信号が生成される。なお、上記制御回路４におけるカウント値設定動作は、半導体による処理であるため、半導体の動作速度から考えると１秒以内に完了させることは可能である。
【００３６】
さらに、半導体発振回路１の温度が上昇してｔ＝１２０℃となると、半導体発振回路１の発振周波数の変動率は＋３．８％となって、半導体発振回路１から出力される信号の周波数は１０３８０Ｈｚになる。
【００３７】
前述と同様に、カウント回路２は、クロック信号のｍ回目のパルスが生成されると、半導体発振回路１から入力するパルス信号のカウント数をゼロにリセットし、改めてパルス数のカウントを開始する。
【００３８】
同時に、制御回路４は、カウント回路２からクロック信号のｍ回目のパルスが生成されると、それをトリガーとしてカウント値の設定動作を開始する。即ち、温度検出回路３から入力した検出温度ｔ＝１２０℃と、半導体発振回路１から入力した補正用テーブルとを比較する。そして、補正用テーブルからデータ３（１２０℃≦ｔ）に対応付けられた周波数変動率＋３．８％（１０３８０Ｈｚ）が読み出される。そして、１０３８０パルスで１秒をカウントするようにカウント値（１０３８０パルス）が決定及び設定される。
【００３９】
一方、カウント回路２においては、半導体発振回路１から入力した周波数が１０３８０Ｈｚのパルス信号のカウント数を制御回路４から指示されたカウント値（１０３８０パルス）と比較する。そして、カウントされたパルス数が１０３８０パルスとなって制御回路４から指示されたカウント値（１０３８０パルス）と合致すると（ｍ＋１）回目のパルスを生成する。したがって、ｍ回目のパルスが生成されてから（ｍ＋１）回目のパルスが生成されるまでの時間は、半導体発振回路１から出力される信号の発振周波数（１０３８０Ｈｚ）の１０３８０パルスがカウントされる時間であるから、１秒に相当する。
半導体発振回路１の温度が下降した場合には、前述の処理と同様の処理を行えばよい。
【００４０】
なお、上記実施形態においては、補正用テーブルのデータ区分を周波数変動率が１．９％内に収まるように設定しているため、時間情報の精度は、±１．９％内に抑えられることになる。時間情報の精度をより高精度にするには、上記データ区分をより細かくすればよい。このように、データ区分は要求精度に応じて決定すればよい。
【００４１】
また、上記補正用テーブルは、上述したように、温度を複数の温度範囲に区分けして区分毎に周波数変動率の代表値を設定したものに限られず、複数ポイントの温度における発振周波数を各温度に対応させたものであってもよい。この場合、温度検出回路３から入力する検出温度に対応する発振周波数を、補正用テーブルを用いて補間処理して算出し、該発振周波数に相当するパルス数をカウント値として設定するとよい。これにより、温度変化に応じて変動する半導体発振回路１の発振周波数に１対１に対応させて上記カウント値を設定することができ、時間情報の精度をより向上することができる。
【００４２】
一般に、半導体発振回路の発振周波数の温度補正は、前述したように基準周波数の温度補正をすると共に該基準周波数を目標に補正される。したがって、発振周波数の温度補正処理が複雑になるという問題がある。しかも、基準周波数自体の温度制御精度及び該基準周波数に対する発振周波数の合わせ込み精度等の問題から、このような半導体発振回路の発振周波数の周波数精度は、それほど高くなかった。しかしながら、本発明のリアルタイムクロック装置によれば、半導体発振回路１の温度と補正用テーブルとを参照して、半導体発振回路１の温度変動した発振周波数を推定し、その周波数の１秒間のパルス数をカウント値として設定すると共に、半導体発振回路１からカウント回路２に入力する信号（温度変動した発振周波数の信号）のパルス数をカウントし、そのパルス数が上記設定されたカウント値と合致するとクロック信号のパルスを発生させるように制御しているので、半導体発振回路１の発振周波数が温度により変動しても、クロック信号のパルスの発生タイミングは変わらない。このように、本発明のリアルタイムクロック装置は、発振周波数の温度補正処理が簡単であるばかりか、温度変化に対する時間情報としてのクロック信号の精度を向上することができる。また、振動子を使用しないため部品コストを削減することができ、回路の製造コストを低減することができる。
【００４３】
なお、上記半導体発振回路１、カウント回路２、温度検出回路３、制御回路４、記憶部及び周辺の集積回路の全て又はその一部を１チップ化して半導体集積回路の構成とするとよい。これにより、素子の製造コストを低減することができると共に、実装面積を小さくすることができる。
【符号の説明】
【００４４】
１…半導体発振回路
２…カウント回路
３…温度検出回路
４…制御回路
【図１】
2015184038.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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