(57)【要約】【課題】低消費電流および安定動作を実現することができるリアルタイムクロック装置および該リアルタイムクロック装置を用いた半導体装置ならびに電子機器を提供すること。【解決手段】水晶発振回路１１と、該水晶発振回路１１の出力を分周する計時回路（高速部）１３と、計時回路（高速部）１３の出力を分周する計時回路（低速部）１４と、外部との間で信号のやり取りをするインターフェース回路１５からなり、水晶発振回路１１は第一の電圧ＶＲ１で駆動され、計時回路の少なくとも一部分（高速部）１３は第二の電圧ＶＲ２で駆動され、計時回路の残りの部分およびインターフェース回路１５は第三の電圧ＶＤＤで駆動され、第一の電圧ＶＲ１＜第二の電圧ＶＲ２＜第三の電圧ＶＤＤの大小関係を有する。第一の電圧ＶＲ１と第二の電圧ＶＲ２は第三の電圧ＶＤＤから生成される。【選択図】図１
2008085414.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水晶発振回路と、該水晶発振回路の出力を分周してリアルタイムクロック信号を出力する計時回路と、外部との間で信号のやり取りをするためのインターフェース回路とを具備するリアルタイムクロック装置において、
前記水晶発振回路は第一の電圧ＶＲ１で駆動され、前記計時回路の少なくとも一部分は第二の電圧ＶＲ２で駆動され、前記計時回路の残りの部分および前記インターフェース回路は第三の電圧ＶＤＤで駆動され、
前記各電圧は、第一の電圧ＶＲ１＜第二の電圧ＶＲ２＜第三の電圧ＶＤＤの大小関係を有することを特徴とするリアルタイムクロック装置。
【請求項２】
請求項１記載のリアルタイムクロック装置において、
前記水晶発振回路の最低動作電圧を、前記計時回路およびインターフェース回路の最低動作電圧よりも低くし、
前記第一の電圧ＶＲ１は、前記水晶発振回路の最低動作電圧以上且つ略最低動作電圧であり、前記計時回路およびインターフェース回路の最低動作電圧未満であることを特徴とするリアルタイムクロック装置。
【請求項３】
請求項１記載のリアルタイムクロック装置において、
前記第一の電圧ＶＲ１および第二の電圧ＶＲ２は、それぞれ一定電圧を有することを特徴とするリアルタイムクロック装置。
【請求項４】
請求項３記載のリアルタイムクロック装置において、
前記第一の電圧ＶＲ１および第二の電圧ＶＲ２それぞれの一定電圧は、前記第三の電圧ＶＤＤからボルテージレギュレータによって生成される一定電圧であることを特徴とするリアルタイムクロック装置。
【請求項５】
請求項４記載のリアルタイムクロック装置において、
前記第一の電圧ＶＲ１および第二の電圧ＶＲ２それぞれの一定電圧は、前記第三の電圧ＶＤＤからボルテージレギュレータによって並列的に生成されるか、あるいは、まず前記第三の電圧ＶＤＤから第１のボルテージレギュレータを用いて前記第二の電圧ＶＲ２または第一の電圧ＶＲ１の一方の定電圧が生成され、次に、該第二の電圧ＶＲ２または第一の電圧ＶＲ１の一方の定電圧から第２のボルテージレギュレータを用いて前記第二の電圧ＶＲ２または第一の電圧ＶＲ１の他方の定電圧が生成されるものであることを特徴とするリアルタイムクロック装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載のリアルタイムクロック装置をワンチップ上に搭載したことを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
請求項１から５のいずれかに記載のリアルタイムクロック装置または請求項６記載の半導体装置を組み込んだことを特徴とする電子機器。
【請求項８】
請求項７記載の電子機器は、モバイル端末装置、携帯電話、ビデオ装置、音響装置、または家電製品のいずれかであることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モバイル端末、携帯電話、ディジタルカメラ、携帯型のＭＤ（ミニディスク）装置などの音響機器、あるいは各種家電機器などに用いられるリアルタイムクロック生成技術に係り、特に、低消費電流で安定動作が可能な水晶発振回路と分周段を包含するリアルタイムクロック装置および該リアルタイムクロック装置を用いた半導体装置ならびに電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種電子機器に時計機能を持たせることは通常行われており、そのためのリアルタイムクロック装置は多数提案されており、例えば実開平２−１６６２０号公報（特許文献１）には、メイン電源と該メイン電源より電圧が低いバックアップ用電源のいずれで駆動しても同じ発振周波数のリアルタイムクロックを生成できるようにしたリアルタイムクロック装置が開示されている。
【０００３】
異なる電圧電源を用いてリアルタイムクロックを生成する場合には発振周波数が異なってしまって時計の精度が低下してしまうという問題があるが、上記特許文献１では、定電圧回路を設け、メイン電源電圧とそれより低いバックアップ電源電圧のいずれの電圧が供給された場合でも、発振回路と分周回路には常に一定の同一電圧が印加されるようにしている。
【０００４】
なお、リアルタイムクロックの発振回路と分周回路に印加する動作電圧を切り替えることによって消費電流を低減し、かつ動作を安定させるものとしては、例えば特開平５−４０１８３号公報（特許文献２）および特開平５−１５００５７号公報（特許文献３）にも開示されている。
【０００５】
図２は、従来の水晶発振回路、分周段（計時回路）、インターフェース回路を有する一般的なリアルタイムクロック装置の構成例を示す図である。
【０００６】
同図において、２１は水晶発振回路、２２は水晶発振回路からの出力を矩形波に整形するための波形整形部（例えばシュミットトリガ回路など）、２３は波形整形部２２の出力クロック信号を分周してリアルタイムクロックを出力するための計時回路（分周回路），２４はリアルタイムクロック装置外の回路（ＣＰＵなど）とデータのやり取りをするためのインターフェース部、２０は、以上の回路をワンチップ上に搭載した半導体装置である。
【０００７】
上記特許文献１〜３に開示されたものは、発振回路と分周回路に同一の電圧を印加するものであるが、図２に示したリアルタイムクロック装置は、発振回路２１に印加する電圧ＶＲ１ａを、波形整形部２２，計時回路（分周回路）２３およびインターフェース回路２４に印加する電圧ＶＤＤより低くする（ＶＲ１ａ＜ＶＤＤ）ことによって低消費電流、かつ、安定した発振周波数を維持することができるようにしたものである。
【０００８】
さらに、近年はパーソナル電子機器の小型化が進み、バックアップ電池も小型化の要求が高まっている。それに伴い、バックアップ時にも動作を継続する必要のあるリアルタイムクロック装置にも低消費電流化がより強く求められるようになってきた。
【０００９】
図３は、近年の低消費電流化への対応策として現在一般的に行われているリアルタイムクロック装置の構成例を示す図である。
【００１０】
同図において、３１は水晶発振回路、３２は水晶発振回路３１からの出力を矩形波に整形するためのシュミットトリガ回路などの波形整形部、３３は２の波形整形部３２の出力クロック信号を分周するための計時回路（高速部），３４は計時回路（高速部）３３の出力クロック信号を受けてさらに分周する計時回路（低速部）、３５はリアルタイムクロック装置外の回路（ＣＰＵなど）とデータのやり取りをするためのインターフェース部、３０は、以上の回路をワンチップ上に搭載した半導体装置である。
【００１１】
同図に示す計時回路３３と４４は、図２の計時回路２３を、周波数の高い計時回路（高速部）と低い計時回路（低速部）に分けたものである。この例では発振回路部だけでなく、波形整形部、計時回路の一部（高速部）もメイン電源電圧ＶＤＤよりも低い定電圧ＶＲ１ｂにて駆動することによって、図２の構成のリアルタイムクロック装置に比べ、さらに低消費電流化を実現している。
【００１２】
【特許文献１】実開平０２−０１６６２０号公報
【特許文献２】特開平５−４０１８３号公報
【特許文献３】特開平５−１５００５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、図３のリアルタイムクロック装置において、さらなる低消費電流化を実現するために定電圧ＶＲ１ｂをさらに低い電圧に設定しようとしても、計時回路の最低動作電圧以下には定電圧ＶＲ１ｂを下げることはできず（もし下げたとすると計時回路は動作しなくなる）、また、メイン電源電圧ＶＤＤと定電圧ＶＲ１ｂとの差が大きく開くことはレベルシフトを困難にする可能性もあり、図３の構成をもってしても、これ以上の低消費電流化は難しかった。
【００１４】
そこで本発明の目的は、電子機器に時計機能を付加するために用いるリアルタイムクロック生成技術において、低消費電流および安定動作を実現することができるリアルタイムクロック装置（請求項１〜５）および該リアルタイムクロック装置を用いた半導体装置（請求項６）ならびに電子機器（請求項７〜８）を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、上記目的を達成するために、次のような構成を有する。以下、請求項毎の構成を述べる。
【００１６】
ａ）請求項１記載の発明は、水晶発振回路と、該水晶発振回路の出力を分周してリアルタイムクロック信号を出力する計時回路と、外部との間で信号のやり取りをするためのインターフェース回路とを具備するリアルタイムクロック装置において、前記水晶発振回路は第一の電圧ＶＲ１で駆動され、前記計時回路の少なくとも一部分は第二の電圧ＶＲ２で駆動され、前記計時回路の残りの部分および前記インターフェース回路は第三の電圧ＶＤＤで駆動され、前記各電圧は、第一の電圧ＶＲ１＜第二の電圧ＶＲ２＜第三の電圧ＶＤＤの大小関係を有することを特徴としている。
【００１７】
ｂ）請求項２記載の発明は、請求項１記載のリアルタイムクロック装置において、前記水晶発振回路の最低動作電圧を、前記計時回路およびインターフェース回路の最低動作電圧よりも低くし、前記第一の電圧ＶＲ１は、前記水晶発振回路の最低動作電圧以上且つ略最低動作電圧であり、前記計時回路およびインターフェース回路の最低動作電圧未満であることを特徴としている。
【００１８】
ｃ）請求項３記載の発明は、請求項１記載のリアルタイムクロック装置において、前記第一の電圧ＶＲ１および第二の電圧ＶＲ２は、それぞれ一定電圧を有することを特徴としている。
【００１９】
ｄ）請求項４記載の発明は、請求項３記載のリアルタイムクロック装置において、前記第一の電圧ＶＲ１および第二の電圧ＶＲ２のそれぞれが有する前記一定電圧は、前記第三の電圧ＶＤＤからボルテージレギュレータによって生成される一定電圧であることを特徴とし、請求項５記載の発明は、請求項４記載のリアルタイムクロック装置において、前記第一の電圧ＶＲ１および第二の電圧ＶＲ２それぞれの一定電圧は、前記第三の電圧ＶＤＤからボルテージレギュレータによって並列的に生成されるか、あるいは、まず前記第三の電圧ＶＤＤから第１のボルテージレギュレータを用いて前記第二の電圧ＶＲ２または第一の電圧ＶＲ１の一方の定電圧が生成され、次に、該第二の電圧ＶＲ２または第一の電圧ＶＲ１の一方の定電圧から第２のボルテージレギュレータを用いて前記第二の電圧ＶＲ２または第一の電圧ＶＲ１の他方の定電圧が生成されるものであることを特徴としている。
【００２０】
ｅ）請求項６記載の発明は、請求項１から５のいずれかに記載のリアルタイムクロック装置をワンチップ上に搭載した半導体装置であり、請求項７記載の発明は、請求項１から５のいずれかに記載のリアルタイムクロック装置または請求項６記載の半導体装置を組み込んだことを特徴とする電子機器であり、請求項８記載の発明は、該電子機器が、モバイル端末、携帯電話、ビデオ装置、音響装置、または家電製品のいずれかであることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２１】
本発明における請求項毎の効果を述べる。
ａ）請求項１記載の発明によれば、水晶発振回路、波形整形部、計時回路のそれぞれにおいて、消費電流を抑えることができる。
【００２２】
ｂ）請求項２記載の発明によれば、水晶発振回路の消費電流を必要最小限にすることができる。
【００２３】
ｃ）請求項３記載の発明によれば、水晶発振回路の消費電流と周波数、および、波形整形部、計時回路の消費電流の電源電圧依存をなくすことができる。
【００２４】
ｄ）請求項４および５記載の発明によれば、消費電流が少なく、電源電圧依存のないリアルタイムクロックをひとつの外部電源にて駆動することができる。
【００２５】
ｅ）請求項６〜８記載の発明によれば、消費電流が少なく、電源電圧依存のないリアルタイムクロックをひとつの外部電源にて駆動することができる半導体装置、および該半導体装置を組み込んだモバイル端末、携帯電話、ビデオ装置、音響装置、または家電製品などの電子機器を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
（本発明の概要）
通常、水晶発振回路部はリアルタイムクロックの回路内で最も電流を消費する回路箇所であり、その水晶発振回路部をより低い電圧にて駆動させることが低消費電流への近道である。
【００２７】
そこで、本発明では、発振回路部の最低動作電圧をその他の回路よりも低くなるように設計し、水晶発振回路の駆動電圧（ＶＲ１）と、波形整形部・計時回路の一部（高速部）の駆動電圧（ＶＲ２）と、計時回路の一部（低速部）・インターフェース回路の駆動電圧（ＶＤＤ）を、それぞれ別々に供給することによって水晶発振回路はより低い電圧での駆動をさせることを可能にする。このように、それぞれの回路に供給する電圧はそれぞれの回路の最低動作電圧付近の電圧として消費電流を低減するとともに、駆動電圧レベルを３段構成にすることによってレベルシフトの困難性を回避するようにした。
【００２８】
（実施例）
以下、本発明の実施例を、図面を用いて説明する。
図１は、本発明の第１実施例を示す図である。
【００２９】
同図において、１１は水晶発振回路、１２は水晶発振回路１１からの出力を矩形波に整形するためのシュミットトリガ回路などの波形整形部、１３は波形整形部１２の出力クロック信号を分周する計時回路（高速部），１４は計時回路１３（高速部）の出力クロック信号を受けてさらに分周する計時回路（低速部）、１５はリアルタイムクロック装置外の回路とデータのやり取りをするためのインターフェース部、１０は上記回路をワンチップ上に搭載した半導体装置である。
【００３０】
水晶発振回路１１は、その他の回路部よりも最低動作電圧が低く設計されており、水晶発振回路１１の駆動電圧ＶＲ１はこの水晶発振回路１１を駆動することのできる最低の電圧付近まで下げた定電圧であり、波形整形部１２と計時回路（高速部）１３の駆動電圧ＶＲ２は波形整形部１２と計時回路（高速部）１３を駆動することのできる最低電圧よりも高く、計時電圧（低速部）１４とインターフェース部１５を駆動するメイン電源電圧ＶＤＤよりも低い定電圧である。
【００３１】
図４は、図１に示した分周回路（低速部）１３と分周回路（高速部）１４の具体的構成例である。縦続接続されたフィリップフロップ（Ｆ／Ｆ）からなり、前半の分周回路（高速部）１３は波形整形回路１２からの３２ＫＨｚの信号を分周して１ＫＨｚのクロックを生成するものであり、後半の分周回路（低速部）１４は分周回路（高速部）１３からの１ＫＨｚの信号を分周してリアルタイムクロックを生成してインターフェース回路１５に送出するものである。なお、分周回路（高速部）１３と分周回路（低速部）１４の間には、レベルシフト回路１６が設けられる。定電圧ＶＲ１とメイン電源電圧ＶＤＤとの間に定電圧ＶＲ２を設けることにより、電圧の段差を小さくしてレベルシフト回路の構成を容易にしている。
【００３２】
リアルタイムクロック装置内の駆動電圧を３段構成にし、かつ、水晶発振回路１１をその他の回路部（波形整形部１２，計時回路（高速部）１３，計時回路（低速部）１４）よりも最低動作電圧が低くなるように設計していることで、他の回路の駆動には低すぎて使用できないほどの低い電圧を発振回路専用に割り当てることができる。そのため、定電圧ＶＲ１を水晶発振回路１１を駆動することのできる最低の電圧付近まで下げ、リアルタイムクロック装置内で一番多くの電流を消費する水晶発振回路１１の消費電流を少なく抑えることができるようになる。
【００３３】
また、図３の構成のように波形整形部３２および計時回路（高速部）３３を低電圧化し、消費電流を少なくするという利点も生かしつつ、定電圧ＶＲ１と定電圧ＶＤＤとの間に定電圧ＶＲ２という中間の電圧があることで電圧のレベルシフトも容易な回路で実現できるということもリアルタイムクロック装置内の駆動電圧を３段構成にしたことによる利点である。
【００３４】
これにより、リアルタイムクロック内で消費する電流量の大部分を決めている水晶発振回路１１、波形整形部１２、計時回路（高速部）１３の消費電流が本発明未適用のリアルタイムクロック装置の消費電流に比べて、格段に少なく、しかも、定電圧駆動のため外部電源電圧依存もなくなり安定化する。
【００３５】
次に、図２および図３に示した従来例と図１に示した本発明の実施例における消費電流の一例について比較し、本発明の低消費電流化について考察する。
図２のリアルタイムクロック装置では、定電圧ＶＲ１ａが１．１Ｖ〜１．５Ｖ、定電圧ＶＤＤが５．５Ｖの場合、消費電流は０．５μＡ程度である。また、図３のリアルタイムクロック装置では、定電圧ＶＤＤは５．５Ｖで図２と同じであるが、定電圧ＶＲ１ｂは計時回路の最低動作電圧以上にする必要があるため１．３Ｖ〜１．５Ｖで、消費電流は０．４μＡ程度である。
【００３６】
これに対して、図１に示した本発明のリアルタイムクロック装置では、定電圧ＶＤＤは５．５Ｖ（３Ｖ〜５Ｖでもよい）、定電圧ＶＲ１ｂは計時回路の最低動作電圧以上にする必要があるため１．３Ｖ〜１．５Ｖで図２と同じであるが、水晶発振回路として従来より低い最低動作電圧を有する回路を開発することによって、定電圧ＶＲ１を０．９Ｖ〜１．２Ｖにすることができた。これによって、消費電流を０．２５μＡ〜０．３μＡ程度に低減することができた。また、定電圧ＶＲ１と定電圧ＶＤＤの間に定電圧ＶＲ２を挿入することによって、回路間のレベルシフトを小さくすることが可能となった。
【００３７】
また、本発明に使用する定電圧ＶＲ１および定電圧ＶＲ２は、半導体装置に供給される単一電源の定電圧ＶＤＤからボルテージレギュレータを用いて生成することができる。定電圧ＶＲ１および定電圧ＶＲ２の生成方法としては、定電圧ＶＤＤからボルテージレギュレータを用いて定電圧ＶＲ１と定電圧ＶＲ２を並列的に同時に生成してもよいし、まず定電圧ＶＤＤから第１のボルテージレギュレータを用いて定電圧ＶＲ２を生成し、次に、該定電圧ＶＲ２から第２のボルテージレギュレータを用いて定電圧ＶＲ１を生成するようにしてもよい。定電圧ＶＲ１と定電圧ＶＲ２の生成順序は逆であってもよい。
【００３８】
上述した本発明の実施例によれば、全体としての消費電流も格段に少なく、しかも、外部からのメイン電源電圧依存も少ないリアルタイムクロック装置が実現できる。
【００３９】
本発明に係るリアルタイムクロック装置は、半導体チップ上に搭載され、モバイル端末、携帯電話、ディジタルカメラ、携帯型のＭＤ（ミニディスク）装置などの音響機器、炊飯器やエアコンなど各種家電機器などに組み込むことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の第１実施例を説明するための図である。
【図２】水晶発振回路、分周段（計時回路）、インターフェース回路を持つ一般的なリアルタイムクロック構成例を示す図である。
【図３】近年の低消費電流への対応策として現在一般的に行われているリアルタイムクロック装置の構成例を示す図である。
【図４】図１に示した分周回路（低速部）と分周回路（高速部）の具体的構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０，２０，３０：半導体装置（ワンチップ）
１１，２１，３１：水晶発振回路
１２，２２，３２：波形整形部
１３，３３：計時回路（高速部）
２３：計時回路
１４，３４：計時回路（低速部）
１５，２４，３５：インターフェース回路
１６：レベルシフト回路
【図１】
2008085414.tif 000003
【図２】
2008085414.tif 000004
【図３】
2008085414.tif 000005
【図４】
2008085414.tif 000006