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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kristalloszillator.
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2. Beschreibung des Stands der Technik
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Ein Kristalloszillator ist ein Oszillator mit einem Aufbau, bei dem ein Quarzresonator, ein CMOS-Inverter, ein Kondensator, ein Widerstand und ein CMOS-Puffer in ein Paket eingekapselt sind.
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Unter Bezugnahme auf 4 wird ein Beispiel für einen herkömmlichen Kristalloszillator beschrieben werden.
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Ein Kristalloszillator 10 weist einen Schwingungsschaltungsteil 1, einen Quarzresonator 2, und einen CMOS-Puffer 6, der als Ausgangsschaltungsteil dient, auf, und der Schwingungsschaltungsteil 1 weist einen Widerstand 4, einen CMOS-Inverter 5 und Kondensatoren 8a und 8b auf. Somit weist der Kristalloszillator 10 den Schaltungsaufbau eines allgemeinen Kristalloszillators auf. Eine Ausgangsklemme 7 ist an einen Ausgangsteil des CMOS-Puffers 6 angeschlossen. Quarzresonator-Messklemmen 3a und 3b sind an jeweils an die beiden Enden des Quarzresonators 2 angeschlossen.
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Eine Stromversorgung (nicht gezeigt) ist an den Schwingungsschaltungsteil 1 und dem CMOS-Puffer 6 angeschlossen und liefert dem Schwingungsschaltungsteil 1 und dem CMOS-Puffer 6 eine vorherbestimmte Spannung für ihren Betrieb.
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Im Allgemeinen schwingt ein Kristalloszillator nicht, wenn ein Widerstandswert des Quarzresonators 2 größer als ein negativer Widerstandwert des Schwingungsschaltungsteils 1 ist. Um die Schwingung des Kristalloszillators stabil fortzusetzen, ist es daher wichtig, den Widerstandswert des Quarzresonators 2 zu verringern und den negativen Widerstandswert des Schwingungsschaltungsteils 1 zu erhöhen. Als Wert, der angibt, ob der Kristalloszillator stabil schwingt oder nicht, wurde herkömmlich ein Verhältnis zwischen dem negativen Widerstandswert des Schwingungsschaltungsteils 1 und dem Widerstandswert des Quarzresonators 2 als ”Anschwingreserve” verwendet. Versuche zeigen, dass eine stabile Schwingung erhalten werden kann, wenn ein Wert der Anschwingreserve 4 bis 5 oder mehr beträgt.
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Es gibt ein Verfahren, das die Anschwingreserve des Kristalloszillators prüft. Bei diesem Verfahren wird der Widerstandswert des Quarzresonators 2 an den Quarzresonator-Messklemmen 3a und 3b, die an der Außenseite des Pakets freiliegen, gemessen, und wird geprüft, ob der gemessene Wert ausreichend klein ist.
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Ferner offenbart
JP 2007-116563 A als Verfahren zum Prüfen der Anschwingreserve eines Kristalloszillators, der in eine Vorrichtung eingebaut wurde, eine Technologie, bei der ein Prüfwiderstand in Reihe zwischen einem Quarzresonator und einer Schwingungsschaltung angeschlossen ist, und durch einen umschaltenden Anschluss an den Prüfwiderstand als Reaktion auf ein Steuersignal von außen geprüft wird, ob der Kristalloszillator normal schwingt oder nicht.
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JP 2001-94347 A offenbart eine Technologie, bei der ein Regelwiderstand in Reihe zwischen einer Kristallstrom-Steuerschaltung und einem Quarzresonator angeschlossen ist und durch Verändern des Kristallstroms und des Regelwiderstands ein Widerstandswert, bei dem die Schwingung angehalten wird, gemessen wird.
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JP 2010-246059 A offenbart eine Technologie, die aus dem negativen Widerstandswert, der erhalten wird, wenn die Schwingung durch Verändern des negativen Widerstandswerts des Schwingungsschaltungsteils des Kristalloszillators unter Verwendung eines Steuersignals von außen angehalten oder gestartet wird, einen Reihenresonanzwiderstandswert berechnet.
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Bei dem Verfahren, das den Widerstandwert des Quarzresonators 2 an den Quarzresonator-Messklemmen 3a und 3b, die an der Außenseite des Pakets freiliegen, misst, wird die Messung bei einem bestimmten Antriebspegel vorgenommen, so dass es schwierig ist, den Widerstandswert während des normalen Betriebs des Kristalloszillators zu prüfen. Ferner kann sich der Widerstandswert des Quarzresonators 2 abhängig von dem Zustand daran anhaftender Fremdstoffe oder durch den Einfluss einer Wärmebehandlung hinsichtlich seiner Eigenschaften verändern, so dass es schwierig ist, eine Veränderung des Zustands nach der Zeit der Überprüfung zu erfassen, auch wenn zur Zeit der Überprüfung keine Anomalie gefunden wurde. Und obwohl dieses Verfahren leicht auf einen einzelnen Kristalloszillator angewendet werden kann, kann die Messung darüber hinaus schwer vorzunehmen sein, nachdem der Kristalloszillator in ein System eingebaut wurde.
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Bei den Technologien, die in
JP 20017-116563 A ,
JP 2001-94347 A und
JP 2010-246059 A offenbart sind, muss die Messung in einem Zustand vorgenommen werden, in dem der Betrieb des zu messenden Kristalloszillators angehalten ist. Daher kann die Ausführung der Messung zum Anhalten des gesamten Systems oder eines Teils davon führen. Insbesondere ist die Messung schwer vorzunehmen, wenn ein zu messender Kristalloszillator als Taktgeber einer Steuereinheit, die die Anschwingreserve misst, verwendet wird.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Kristalloszillators, bei dem eine Verschlechterung der Anschwingreserve detektiert werden kann, ohne seinen normalen Betrieb anzuhalten.
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Ein Kristalloszillator nach der vorliegenden Erfindung weist einen Quarzresonator; einen Schwingungsschaltungsteil, der einen CMOS-Inverter, einen Kondensator und einen Widerstand aufweist und dazu ausgebildet ist, den Quarzresonator schwingen zu lassen; und einen CMOS-Puffer, der als Ausgangsschaltungsteil dient, auf. Ferner weist der Kristalloszillator eine Detektionsschaltung auf, die ein Alarmsignal ausgibt, wenn eine Amplitude einer Spannungswellenform an einer Eingangsklemme des CMOS-Inverters gleich oder kleiner als wenigstens ein vorherbestimmter Wert wird.
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Nach dem obigen Kristalloszillator wird das Alarmsignal ausgegeben, wenn die Amplitude der Spannungswellenform an der Eingangsklemme des CMOS-Inverters gleich oder kleiner als der vorherbestimmte bestimmte Wert wird. Dadurch ist es selbst bei einem eingebauten Zustand des Kristalloszillators möglich, eine Veränderung der Anschwingreserve des Kristalloszillators zu detektieren, ohne zwischen Schaltungen umzuschalten. Ferner wird die Detektion vorgenommen, während der Kristalloszillator betrieben wird, so dass es nicht nötig ist, das System für die Detektion anzuhalten. Ferner wird die Detektion vorgenommen, während der Kristalloszillator betrieben wird, so dass eine Verschlechterung des Kristalloszillators detektiert werden kann, bevor die Schwingung des Oszillators anhält, wodurch eine vorbeugende Instandhaltung erreicht wird.
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Für den bestimmten Wert können mehrere verschiedene Werte festgelegt werden, und der Alarm, der ausgegeben wird, wenn die Amplitude der Spannungswellenform gleich oder kleiner als der festgelegte jeweilige bestimmte Wert wird, kann für jeden bestimmten Wert unterschiedlich gestaltet sein.
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Nach den Ausführungsformen werden die mehreren Werte als der bestimmte Wert festgelegt, und werden die Alarmsignale, die ausgegeben werden, wenn die Amplitude der Spannungswellenform gleich oder kleiner als der festgelegte jeweilige bestimmte Wert wird, für jeden bestimmten Wert unterschiedlich gestaltet, wodurch gestattet wird, dass ein Grad der Verschlechterung des Kristalloszillators schrittweise detektiert wird.
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Die Detektionsschaltung kann eine Amplitudendetektionsschaltung wie etwa ein Vollweggleichrichter, eine Spitzenhalteschaltung oder eine Abtast- und Halteschaltung sein.
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Nach der vorliegenden Erfindung kann ein Kristalloszillator bereitgestellt werden, bei dem eine Verschlechterung der Anschwingreserve detektiert werden kann, ohne seinen normalen Betrieb anzuhalten.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die obige Aufgabe und andere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der Beschreibung der folgenden Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen offensichtlich werden. Unter diesen Zeichnungen
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ist 1 ein Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform eines Kristalloszillators nach der vorliegenden Erfindung;
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sind 2A bis 2C Ansichten, die jeweils eine Spannungswellenform an einer Eingangsklemme eines CMOS-Inverters des Kristalloszillators von 1 veranschaulichen;
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sind 3A bis 3D Ansichten, die jeweils eine Amplitude einer Spannungswellenform bei einer zweiten Ausführungsform des Kristalloszillators nach der vorliegenden Erfindung zeigen; und
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ist 4 ein Blockdiagramm eines herkömmlichen Kristalloszillators.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Unter Verwendung von 1 wird eine erste Ausführungsform eines Kristalloszillators nach der vorliegenden Erfindung beschrieben werden.
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Ein Kristalloszillator (1) der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich von dem herkömmlichen Kristalloszillator darin, dass er an einem Eingangsteil (Punkt A) des CMOS-Inverters 5 eine Detektionsschaltung 30 zur Detektion einer Amplitude einer Spannungswellenform (Spitze zu Spitze einer Wellenform) an dem Eingangsteil aufweist. Als Detektionsschaltung 30 kann eine herkömmliche Amplitudendetektionsschaltung wie etwa ein Vollweggleichrichter, eine Spitzenhalteschaltung oder eine Abtast- und Halte-Schaltung verwendet werden.
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Bei dem Kristalloszillator von 1 sind gleichen Teilen wie jenen des herkömmlichen Kristalloszillators, der in 4 veranschaulicht ist, die gleichen Bezugszeichen verliehen, und es wird auf eine wiederholte Beschreibung verzichtet werden.
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2A bis 2C veranschaulichen jeweils eine Spannungswellenform an der Eingangsklemme (Punkt A) des CMOS-Inverters 5 des Kristalloszillators von 1.
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Der Kristalloszillator weist die Eigenschaft auf, dass eine Verringerung der Anschwingreserve den Kristalloszillator weniger wahrscheinlich zum Schwingen bringt, was dazu führt, dass die Amplitude der Spannungswellenform an der Eingangsklemme (Punkt A) des CMOS-Inverters 5 verringert wird. Daher wird zu der Zeit einer Anomalie, wenn die Anschwingreserve verringert ist, eine Amplitude (C) der Spannungswellenform, die in 2B durch eine gestrichelte Linie bezeichnet ist, kleiner als eine Amplitude (B) der Spannungswellenform zu einer normalen Zeit, die in 2A durch eine durchgehende Linie bezeichnet ist.
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Daher wird wie in 2C veranschaulicht im Voraus ein bestimmter Wert als Wert, der um ein vorherbestimmtes Ausmaß oder um eine vorherbestimmte Rate geringer als der Hochpegelwert zu der normalen Zeit ist, festgelegt, und wird die Detektionsschaltung 30 verwendet, um ständig die Amplitude der Spannungswellenform an der Eingangsklemme (Punkt A) des CMOS-Inverters 5 zu detektieren. Wenn die Verringerung der Amplitude gleich oder kleiner als der festgelegte bestimmte Wert wird, wird ein Alarmsignal an eine Alarmsignalausgabeklemme 32 ausgegeben. Das Alarmsignal, das ausgegeben wird, kann verschiedene Formen aufweisen, wie etwa das Leuchten eines Lampenlichts oder einen Summton, der eine Warnung angibt, oder eine Fehleranzeige an einer Anzeigeeinheit. Als Ergebnis ist es dem System möglich, eine Verringerung des negativen Widerstands aufgrund einer Verschlechterung in dem Schwingungsschaltungsteil 1 des Kristalloszillators und eine Verringerung der Amplitude der Spannungswellenform an der Eingangsklemme (Punkt A) des CMOS-Inverters 5 aufgrund der Verschlechterung des Kristalloszillators, die durch einen Anstieg des Widerstandswerts aufgrund einer Verschlechterung des Quarzresonators 2 verursacht wird, zu detektieren.
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Unter Verwendung von 3A bis 3D wird eine zweite Ausführungsform des Kristalloszillators nach der vorliegenden Erfindung beschrieben werden.
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Bei der vorliegenden Ausführungsform sind zwei (ein erster und ein zweiter) bestimmte Werte für die Anomaliebestimmung festgelegt, wobei berücksichtigt wird, dass die Amplitude der Spannungswellenform an der Eingangsklemme (Punkt A) des CMOS-Inverters 5 mit der Verringerung der Anschwingreserve des Kristalloszillators verringert wird, und ist das Alarmsignal in dem Fall, in dem die Amplitude der Spannungswellenform an der Eingangsklemme (Punkt A) des CMOS-Inverters 5 gleich oder kleiner als der erste bestimmte Wert wird, und dem Fall, in dem sie gleich oder kleiner als der zweite bestimmte Wert wird, der niedriger als der erste bestimmte Wert ist, unterschiedlich gestaltet.
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Wie bei der oben beschriebenen ersten Ausführungsform kann das Alarmsignal, das ausgegeben wird, verschiedene Formen wie etwa ein Licht, einen Ton oder eine Anzeige aufweisen, und ist es durch Verändern der Farbe oder der Helligkeit des Lichts, der Tonhöhe oder der Lautstärke des Tons oder eines Anzeigemodus je nach unterschiedlichen Alarmsignalen möglich, zu erfassen, dass die Amplitude der Spannungswellenform gleich oder kleiner als jeder der verschiedenen bestimmten Werte geworden ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind zwei bestimmte Werte festgelegt und werden zu den jeweiligen Zeiten, zu denen die Amplitude der Spannungswellenform gleich oder kleiner als die festgelegten bestimmten Werte geworden ist, unterschiedliche Alarmsignale ausgegeben. Die Anzahl der bestimmten Werte, die festgelegt werden, ist nicht auf Zwei beschränkt, und es können mehr bestimmte Werte verwendet werden, um unterschiedliche Alarmsignale für die jeweiligen bestimmten Werte auszugeben.
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Bei den obigen Ausführungsformen ist es selbst dann, wenn der Kristalloszillator in eine Vorrichtung eingebaut wurde, möglich, die Verschlechterung der Anschwingreserve des Kristalloszillators konstant zu überwachen, ohne zwischen Schaltungen umzuschalten. Und da es möglich ist, die Verschlechterung der Anschwingreserve des Kristalloszillators zu detektieren, ohne den normalen Betrieb des Kristalloszillators zu unterbrechen, braucht ein System, das den Kristalloszillator als Taktgeber verwendet, nicht angehalten werden. Daher kann die Messung auch dann vorgenommen werden, wenn der Kristalloszillator als Taktgeber für eine Steuereinheit, die die Anschwingreserve misst, dient. Und da die Verschlechterung der Anschwingreserve während des normalen Betriebs des Kristalloszillators konstant überwacht wird, ist es möglich, eine Verschlechterung festzustellen, bevor die Ausgabe des Kristalloszillators angehalten wird, wodurch eine vorbeugende Wartung erreicht wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2007-116563 A [0008]
- JP 2001-94347 A [0009, 0012]
- JP 2010-246059 A [0010, 0012]
- JP 20017-116563 A [0012]
