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発明の名称 クロック発生装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2003−198430(P2003−198430A)
公開日 平成15年7月11日(2003.7.11)
出願番号 特願2001−394931(P2001−394931)
出願日 平成13年12月26日(2001.12.26)
代理人 【識別番号】100083954
【弁理士】
【氏名又は名称】青木 輝夫
【テーマコード(参考)】
5J106
5K021
5K047
【Fターム(参考)】
5J106 AA03 BB02 CC01 DD09 KK12 
5K021 AA09 DD01 FF04 FF11
5K047 AA11 GG02 GG07 GG09 GG11 KK03 KK12 KK18 MM46
発明者 菊池 暢貢
要約 課題
運用系と予備系の基準クロックの位相が異なっていても、予め予備系のクロック出力を運用系の基準クロックに一致させておき、予備系が運用系に切替わっても、切替え前後でクロック出力の位相が変化せず、徐々に異なる位相の基準クロックに追従させることができる、単純な構成で安定性の高いクロック発生装置を提供する。

解決手段
発振器4,9、セレクタ5,10、PLL(位相同期ループ)回路6,11、出力ゲート7,12、系切替制御回路8,13を有する運用系と予備系の二重化構成のA系クロック発生装置2、B系クロック発生装置3を備える。
特許請求の範囲
【請求項1】 基準クロックを発生する発振器と、自系または他系の基準クロックを選択するセレクタと、前記セレクタから入力される基準クロックの位相に同期させ、同位相でロックした基準クロックを出力するPLL回路と、自系の障害を検出して他系に切替える系切替制御回路と、を備えた運用系と予備系の二重化構成のクロック発生装置であって、運用系に障害が発生し、予備系が運用系に切替わる時、前期PLL回路は、前記セレクタから異なる位相の基準クロックが入力されても、系切替え前と同位相の基準クロックを出力し、徐々に異なる位相に追従してロックした基準クロックを出力することを特徴とするクロック発生装置。
【請求項2】 前記系切替制御回路は、障害を検出すると、選択信号を供給し、運用系を予備系に、かつ予備系を運用系に切替えることを特徴とする請求項1記載のクロック発生装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は運用系と予備系の二重化構成のクロック発生装置に係り、特に障害等により予備系を運用系に切替える際に、基準クロックの位相が異なっていても、システムに供給する基準クロックの位相を切替え前後で同じに維持し、徐々に異なる位相に追従してロックするクロック発生装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のクロック発生装置において、運用系と予備系の二重化構成のものが知られており、運用系の基準クロックの位相と予備系の基準クロックの位相は、一般的に異なっている。
【0003】このため、従来のクロック発生装置は、運用系と予備系が切替えられる時、予備系から運用系に切替えられた系の基準クロックの位相と運用系から予備系に切替えられた計の基準クロックの位相とを比較し、運用系に切替えられた系の基準クロックに適切な遅延を与えることにより、両系の基準クロックの位相合わせを実行し、系切替え前後の基準クロックの位相ずれを小さく保つように構成されている。
【0004】基準クロックの位相を遅延させるための1つには、遅延素子を用いる方法がある。また、基準クロックの位相を遅延させるための他の1つには、基準クロック周波数の数倍のクロック周波数を発生させる発振回路を用い、数倍のクロック周波数の一周期単位で遅延させる方法がある。
【0005】さらに、2つの基準クロックの位相差を検出する場合、基準クロック周波数の数倍のサンプリングパルスでサンプリングが施されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】遅延素子を用いるクロック発生装置は、許容できる位相差に見合った遅延量を有する遅延素子が多数必要となり、回路規模が大きくなってしまう課題がある。
【0007】また、数倍のクロック周波数の一周期単位で遅延させるクロック発生装置は、基準クロックの位相差をより小さくしようとすると、許容できる位相差に見合った周期を有する高周波の発振回路が必要となり、回路規模が大きくなるとともに、回路を高速化しなければならない課題がある。
【0008】一方、位相差検出のために基準クロック周波数の数倍のサンプリングパルスでサンプリングを施すクロック発生装置は、より明確な位相差を検出しようとすると、高速でサンプリングしなければならず、回路規模が大きくなるとともに、回路を高速化しなければならない課題がある。
【0009】この発明はこのような課題を解決するためになされたもので、その目的は運用系と予備系の基準クロックの位相が異なっていても、予め予備系のクロック出力を運用系の基準クロックに一致させておき、予備系が運用系に切替わっても、切替え前後でクロック出力の位相が変化せず、徐々に異なる位相の基準クロックに追従させることができる、単純な構成で安定性の高いクロック発生装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するためこの発明に係るクロック発生装置は、基準クロックを発生する発振器と、自系または他系の基準クロックを選択するセレクタと、セレクタから入力される基準クロックの位相に同期させ、同位相でロックした基準クロックを出力するPLL(位相同期ループ)回路と、自系の障害を検出して他系に切替える系切替制御回路とを備えた運用系と予備系の二重化構成のクロック発生装置であって、運用系に障害が発生し、予備系が運用系に切替わる時、PLL回路は、セレクタから異なる位相の基準クロックが入力されても、系切替え前と同位相の基準クロックを出力し、徐々に異なる位相に追従してロックした基準クロックを出力することを特徴とする。
【0011】この発明に係るクロック発生装置は、運用系に障害が発生し、予備系が運用系に切替わる時、PLL(位相同期ループ)回路は、セレクタから異なる位相の基準クロックが入力されても、系切替え前と同位相の基準クロックを出力し、徐々に異なる位相に追従してロックした基準クロックを出力するので、切替え時に出力される基準クロックに位相変化がなく、単純構成で安定性の向上を図ることができる。
【0012】また、この発明に係る系切替制御回路は、障害を検出すると、選択信号を供給し、運用系を予備系に、かつ予備系を運用系に切替えることを特徴とする。
【0013】この発明に係る系切替制御回路は、障害を検出すると、選択信号を供給し、運用系を予備系に、かつ予備系を運用系に切替えるので、運用系に障害が発生しても基準クロックを継続して発生し、基準クロックで動作するシステムを継続して運用でき、利便性ならびに信頼性の向上を実現することができる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。図1および図2はこの発明に係るクロック発生装置の実施の形態基本ブロック構成図である。図1および図2において、クロック発生装置1は、A系クロック発生装置2、B系クロック発生装置3を備える。システムSYは、A系クロック発生装置2またはB系クロック発生装置3から出力される基準クロックで動作するシステムを表わす。
【0015】A系クロック発生装置2は、発振器4、セレクタ5、PLL(位相同期ループ)回路6、出力ゲート7、系切替制御回路8を備える。
【0016】B系クロック発生装置3は、A系クロック発生装置2と同じ構成であり、発振器9、セレクタ10、PLL(位相同期ループ)回路11、出力ゲート12、系切替制御回路13を備える。
【0017】なお、図1は、A系クロック発生装置2が「運用系」で、B系クロック発生装置3が「予備系」であるのに対し、図2は、A系クロック発生装置2が「予備系」で、B系クロック発生装置3が「運用系」である点が異なる。また、A系クロック発生装置2を「自系」とする場合、B系クロック発生装置3を「他系」と定義し、B系クロック発生装置3を「自系」とする場合、A系クロック発生装置2を「他系」と定義する。
【0018】発振器4,9は、パルス発振回路で構成し、基準クロックをセレクタ5,10に供給する。なお、発振器4と発振器9の基準クロックは、それぞれ位相が異なる(例えば、発振器4は位相θ0、発振器9は位相θ1とする)。
【0019】セレクタ5,10は、電子スイッチ等で構成し、発振器4,9またはPLL回路6,11から供給される基準クロックを系切替制御回路8,13から供給される選択信号(A,B)に基づいて選択し、選択した基準クロックをPLL回路6,11に提供する。
【0020】セレクタ5は、「自系」が「運用系」の場合には、「自系」の発振器4から供給される基準クロックを選択(破線矢印表示)し、「他系(予備系)」のPLL回路11から供給される基準クロックを選択しない。
【0021】一方、セレクタ10は、「自系」が「予備系」の場合には、「自系」の発振器9から供給される基準クロックを選択せず、「他系(運用系)」のPLL回路6から供給される基準クロックを選択(破線矢印表示)する。
【0022】つまり、セレクタ5,10は、それぞれ「自系」が「運用系」の場合、「自系」の発振器4,9から供給される基準クロックを選択し、「他系(予備系)」のPLL回路11,6から供給される基準クロックを選択しないことになる。
【0023】また、セレクタ5,10は、それぞれ「自系」が「予備系」の場合、「自系」の発振器4,9から供給される基準クロックを選択せず、「他系(運用系)」のPLL回路11,6から供給される基準クロックを選択することになる。
【0024】PLL回路6,11は、セレクタ5,10から供給される基準クロックを入力し、入力された基準クロックの位相にロック(同期)した基準クロックを出力ゲート7,12およびセレクタ10,5に供給する。
【0025】なお、PLL回路6,11は、セレクタ5,10から供給される基準クロックにロック(同期)した基準クロックを出力するため、PLL回路6が「運用系」でPLL回路11が「予備系」の場合、PLL回路6およびPLL回路11の出力は、「運用系」の発振器4から供給される基準クロックとなり、位相(θ0)も一致することになる。
【0026】出力ゲート7,12は、ゲート回路で構成し、PLL回路6,11から供給される基準クロックを系切替制御回路8,13から供給される選択信号(A,B)に基づいてオン,オフ制御し、システムSYに基準クロックを供給したり、停止したりする。
【0027】出力ゲート7は、「自系」が「運用系」の場合には、「自系」のPLL回路6から供給される基準クロック(位相0)をシステムSYに出力する(図1に示す破線矢印表示)。
【0028】一方、出力ゲート12は、「自系」が「予備系」となるので、「自系(予備系)」のPLL回路11から供給される基準クロック(位相0)をシステムSYに出力しない。
【0029】つまり、出力ゲート7,12は、それぞれ「自系」が「運用系」の場合、「自系」のPLL回路6,11から供給される基準クロックをシステムSYに出力し、それぞれ「自系」が「予備系」の場合には、「自系」のPLL回路6,11から供給される基準クロックをシステムSYに出力しないことになる。
【0030】系切替制御回路8,13は、それぞれ障害検出部、および両回路合わせたフリップ−フロップ回路等で構成し、「運用系」に何らかの障害が発生した場合、それぞれセレクタ5,10および出力ゲート7,12に選択信号を供給し、「運用系」を「予備系」に、かつ「予備系」を「運用系」に切替える。
【0031】図3はこの発明に係る系切替制御回路の一実施の形態要部ブロック構成図である。また、図4は系切替制御回路の信号波形図である。図3および図4を用いて選択信号A,Bの波形変化ならびに「運用系」、「予備系」の状態遷移を説明する。
【0032】図3において、系切替制御回路8は、障害検出部14、インバータ15、ANDゲート16を備え、系切替制御回路13は、障害検出部117、インバータ18、ANDゲート19を備える。
【0033】障害検出部14,17は、障害検知機能を備え、「運用系」(系切替制御回路8または系切替制御回路13)に障害が発生すると、それぞれ切替パルスA,BをANDゲート16,19に供給する。
【0034】ANDゲート16,19およびインバータ15,18は、フリップ−フロップ回路を構成し、障害検出部14,17から切替パルスA,Bが供給される度毎に、それぞれHレベル(または、Lレベル)からLレベル(または、Hレベル)に変移する選択信号A,Bを出力することにより、「運用系」を「予備系」に、かつ同時に「予備系」を「運用系」に状態遷移させる。
【0035】例えば、系切替制御回路8側(A系状態)が「運用系」で、系切替制御回路13側(B系状態)が「予備系」の場合に、切替パルスAおよび切替パルスBがHレベルにあり、選択信号AがLレベル、選択信号BがHレベルにある状態から、A系障害発生(「運用系」に障害発生)になると、切替パルスAがHレベルのまま、切替パルスBが所定時間Lレベルのワンショットパルスとなる。
【0036】切替パルスBのワンショットパルス(Lレベル)により、フリップ−フロップ回路の出力である選択信号Aおよび選択信号Bの極性が反転し、選択信号AがLレベルからHレベルに変化し、選択信号BがHレベルからLレベルに変化することに伴い、系切替制御回路8側(A系状態)が「運用系」→「予備系」に、系切替制御回路13側(B系状態)が「予備系」→「運用系」に状態遷移する。
【0037】また、系切替制御回路13側(B系状態)が「運用系」で、系切替制御回路8側(A系状態)が「予備系」の状態から、B系障害発生になると、選択信号Aおよび選択信号Bの極性が反転し、選択信号BがLレベルからHレベルに変化し、選択信号AがHレベルからLレベルに変化して系切替制御回路13側(B系状態)が「運用系」→「予備系」に、系切替制御回路8側(A系状態)が「予備系」→「運用系」に状態遷移する。
【0038】このように、この発明に係る系切替制御回路8,13は、障害を検出すると、選択信号A,Bを供給し、運用系を予備系に、かつ予備系を運用系に切替えるので、運用系に障害が発生しても基準クロックを継続して発生し、基準クロックで動作するシステムSYを継続して運用でき、利便性ならびに信頼性の向上を実現することができる。
【0039】図5はこの発明に係るPLL回路の一実施の形態要部ブロック構成図である。また、図6はPLL回路の入力/出力クロックの波形関係図である。図5および図6を用いて入力クロックと出力クロックのPLL(位相同期ループ)機能について説明する。
【0040】図5において、PLL回路6,11は、位相制御回路20、周波数制御発振器21を備え、位相制御回路20は、入力クロックと出力クロックの位相差(Δθ=θ0−θ1)に応じた信号を周波数制御発振器21に提供し、周波数制御発振器21は、位相差(Δθ=θ1−θ0)に応じた信号に周波数制御を施して、位相差を減少させた出力クロックを位相制御回路20に帰還してPLL(位相同期ループ)を構成することにより、図6に示すように、入力クロックと出力クロックに位相差があっても、PLL(位相同期ループ)機能を繰り返して施すことにより、出力クロックの位相を入力クロックの位相にロック(同期)し、入力クロックと同位相の出力クロック(θ1)を出力する。
【0041】図7はこの発明に係るクロック発生装置の系切替の動作タイミング波形図である。系切替の動作タイミング波形を図1および図2を参照して説明する。なお、波形■〜■は、B系クロック発生装置3における発振器9の基準クロック波形■(位相θ1)、PLL回路6から供給される基準クロックのセレクタ10の入力波形■、PLL回路11の入力波形■、PLL回路11の出力波形■、クロック発生装置1から出力される基準クロック波形■を表わす(波形■〜■は、位相θ0)。
【0042】まず、A系クロック発生装置2が「運用系」にあり、B系クロック発生装置3が「予備系」にある場合、波形■〜■は、図1および図2で説明したように、A系クロック発生装置2の発振器4から出力される基準クロックと同じ波形となり、位相も一致する(位相θ0)が、B系クロック発生装置3の発振器9から出力される基準クロックの波形■は、波形■〜■と位相が異なり、波形■(位相θ1)と波形■〜■(位相θ0)には大きな位相ずれがある。
【0043】「運用系」であるA系クロック発生装置2に何らかの異常が発生し、「運用系」から「予備系」に移行する系切替発生となると、セレクタ10は、発振器9から供給される基準クロック(波形■)を選択し、基準クロック(波形■)がPLL回路11に供給される(波形■)。
【0044】この時、波形■は、PLL回路6から供給される発振器4の基準クロック(波形■)から発振器9の基準クロック(波形■)に変更されるので、基準クロックの位相が異なるため、基準クロック(波形■:発振器4の基準クロック)から位相がずれ(θ1−θ0)、波形が大きく異なる。
【0045】PLL回路11に入力される基準クロックの位相とデューティは変化するが(波形■)、PLL回路11から出力される基準クロック(波形■)は、図5および図6に示すPLL回路11の作用により、急激な位相変化にはならず、系切替前の位相を保ち、その後、PLL(位相同期ループ)の作用によって徐々に入力(波形■)の位相に近づき(ロック外れ状態)、入力(波形■)の位相に一致(θ0=θ1)した時点でロックされる。
【0046】したがって、クロック発生装置1から出力される基準クロック(波形■)は、A系クロック発生装置2からB系クロック発生装置3に系切替えが発生しても、基準クロックの位相に急激な変化が発生することなく、発振器4の基準クロックの位相(θ0)から発振器9の基準クロックの位相(θ1)へと徐々に位相が変化し、PLL回路11で位相がロック(θ1)された時点で、発振器9の基準クロック(波形■)に切替えられる。
【0047】このように、系切替発生時点で、PLL回路11に入力される基準クロックは、位相とデューティは変化するが、出力(波形■)は、切替え前後に変化がなく、徐々に切替わった系の基準クロックの位相(θ1)に収束するので、基準クロックが供給される外部のシステムSYに影響を及ぼすことがなく、スムーズに系切替を実行することができる。
【0048】
【発明の効果】以上説明したように、この発明に係るクロック発生装置は、運用系に障害が発生し、予備系が運用系に切替わる時、PLL(位相同期ループ)回路は、セレクタから異なる位相の基準クロックが入力されても、系切替え前と同位相の基準クロックを出力し、徐々に異なる位相に追従してロックした基準クロックを出力するので、切替え時に出力される基準クロックに位相変化がなく、単純構成で安定性の向上を図ることができる。
【0049】また、この発明に係る系切替制御回路は、障害を検出すると、選択信号を供給し、運用系を予備系に、かつ予備系を運用系に切替えるので、運用系に障害が発生しても基準クロックを継続して発生し、基準クロックで動作するシステムを継続して運用でき、利便性ならびに信頼性の向上を実現することができる。




 

 


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