JPH03251912A - システムクロック切替え機能を持つ電子機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明はシステムクロックに同期して動作する電子機
器に係り、特に周囲温度の変化に対する機器性能と信頼
性とを両立させるのに好適なシステムクロック切替え方
式に関する。

（従来の技術） 従来より、電子機器、例えば電子計算機の処理速度を向
上させるため、アーキテクチャ−の工夫と共に電子回路
の高速化が図られている。この高速化を実現するのに、
一般には高速の半導体素子を使用し、極めて高周波のシ
ステムクロックに同期して動く回路が組まれている。

ところで、半導体、とりわけ電子計算機の中枢であるＩ
Ｃ（集積回路）は各種の要因により動作特性が変動する
。そのため、メーカは製品の安定性、信頼性を保証する
ために、電子計算機が使用される環境条件の中の最悪値
を想定して、その条件下でも正常動作するようにマージ
ンを盛込んだ設計を行う。例えば、最も身近な環境条件
として温度がある。温度が高いとＩＣは動作速度がやや
低下し、温度が低いとより高速で動作可能である。これ
を加味せずに常温のときの特性をもとにして、タイミン
グマージンを持たせない設計を行うと、温度が変化して
高温状態となったときにエラーを発生させてしまう。そ
れを防止するために、電子計算機の許容温度範囲の上限
でのＩＣ特性をもとにして各種のタイミングを計算をす
るなかで、確実に動作が保証できるシステムクロックの
周波数の値を決めて回路を設計するということか行われ
る。即ちシステムクロックの周波数は正規状態での稼動
を前提に、成る値に固定されている。

（発明か解決しようとする課題） 上記したように、電子計算機などシステムクロックに同
期して動作する電子回路を内蔵する従来の電子機器では
、このシステムクロックの周波数は正規状態での稼動を
前提に、成る値に固定されており、周囲温度が高温であ
ろうと低温であろうと、ある一定の処理能力を有してい
る。ところか、ＩＣ等の実力をそのまま反映した回路を
組むことができるならば、電子機器の処理能力としては
、例えば常温での処理能力を１００とすると、高温での
処理能力は９５となるものの、低温での処理能力は１０
５とすることが可能となる。つまり、従来の電子機器は
、高温での安定動作を保証するために、常温や低温では
実力値よりも低い処理能力に甘んじており、信頼性は確
保できても機器性能の点で問題があった。

この発明は上記事情に鑑みてなされたものでその目的は
、システムクロックの周波数を周囲温度の変化に追従し
て自動的に切替えることにより、良好な温度環境（常温
以下）のもとでは機器の処理能力を上げて稼動でき、温
度環境が悪化した場合には、エラーを発生させない安定
稼動を優先し、処理能力をやや落として稼動することか
できるシステムクロック切替え機能を持つ電子機器を提
供することにある。

［発明の構成］ （ｉ題を解決するための手段） この発明は、システムクロックに同期して動作する電子
機器において、周波数の異なる複数のクロック信号を生
成するクロック生成回路と、このクロック生成回路によ
り生成される複数のクロック信号の１つをシステムクロ
ックの生成出力用に選択信号に応じて選択する選択回路
と、周ＦＭ温度を検出し、その検出温度に応じて上記選
択信号の状態を設定する手段とを偏え、温度変化に追従
してシステムクロックの周波数を切替えるようにしたこ
とを特徴とするものである。上記クロック生成回路とし
ては、それぞれ異なる周波数のクロック信号を生成する
複数の発振回路を有するもの、或は発振器出力によりカ
ウント動作する複数ビットのバイナリカウンタであって
、その複数ビット出力の少なくとも一部がクロック信号
として用いられバイナリカウンタと、このバイナリカウ
ンタの出力をデコードし、その出力値か上記選択他号の
状態で決まる値となった場合に同カウンタを初期化する
ための信号を出力するデコード回路とを有するもので構
成することか可能である。

（作用） 上記の構成によれば、周波数の異なる複数のクロック信
号のうちの１つが選択信号の状態に応じて選択回路から
選択され、そのままシステムクロックとして、或は選択
されたクロック信号に対応する周波数のシステムクロッ
クの生成用に用いられる。上記選択信号の状態は周囲温
度に追従して切替え設定されるので、システムクロック
の周波数が温度変化に追従して切替えられる。この結果
、例えば周囲温度か常温以下の状態では高めの周波数の
システムクロックにより電子機器の処理能力を上げて稼
動し、高温下では低めのシステムクロックに切替えて、
エラーを発生させない安定稼働を優先し、処理能力を落
として稼動させることが可能となる。

また、周波数の異なる複数のクロック信号を生成するの
に、クロック信号数分の発振回路を用いた構成以外に、
複数ビットのバイナリカウンタを用いた構成とすること
により、クロック生成回路の簡略化を図ることかできる
。このバイナリカウンタを用いた構成では、同カウンタ
の８カをデコードし、その出力値（カウント値）が選択
信号の状態で決まる値になったときに同カウンタを初期
化することで、同カウンタを所望のｎ進カウンタとして
動作させることができ、同カウンタの各出力ビツト位置
から選択信号の状態に応した種々の周波数のクロック信
号を出力させることが可能となる。

（実施例） 第１図はこの発明の一実施例に係る電子計算機のブロッ
ク構成を示す。同図において、１０は計算機の中枢を成
し、システムクロック１１に同期して演算や各種の処理
を行うＣＰＵ、１２はＣＰＵＩ（１カ部で使用するシス
テムクロックＩＩを発生するシステムクロック発生回路
である。システムクロック発生回路１２は、周囲温度か
常温以下の状態のときに処理能力を上げるために使用す
るやや高めの周波数のシステムクロック発生用のクロッ
ク信号を生成する発振回路１３、周囲温度が高温の状態
のときに安定稼動のために使用するやや低めの周波数の
システムクロック発生用のクロック信号を生成する発振
回路１４、および選択回路１５を備えている。選択回路
１５は、発振回路１３．１４によって生成されるクロッ
ク信号のいずれか一方をＣＰＵｌ０からの選択信号（ク
ロック切替え信号）１６に応じてシステムクロック１１
として選択するものである。

ここでは選択信号１Ｇが“０”の場合には発１振回路１
３からのクロック信号か、“１“の場合には発振回路１
４からのクロック信号か、それぞれ選択されるようにな
っている。１７は周囲温度の検出機能を有する警報モジ
ュールである。警報モジュール１７は、検出した周囲温
度か設定温度より高温か低温かを比較判定し、その結果
をＣＰＵｌ０に通知するようになっている。ＣＰＵｌ０
は、警報モジュール１７の温度比較結果に応じて選択信
号１６の状態を設定する機能を有する。

次に、第１図の構成の動作を、高温時のシステムクロッ
ク１１か６０ｎ　ｓ周期、低温時（常温以下の場合）の
システムクロック１１が５０ｎ　ｓ周期の場合を例に説
明する。

ます、第１図の電子計算機の電源が投入された立上げ時
（初期状態）では、ＣＰＵｌ０はシステムクロック発生
回路１２内の選択回路１５に対する選択信号（クロック
切替え信号）１６を論理“１″に設定する。選択回路１
５は、論理“１”の選択信号１６に応じて発振回路１４
からの周期６０ｎ　ｓのクロック信号を選択する。この
選択回路１５によって選択された周期６０ｎｓのり０ツ
ク信号は、システムクロック１１としてＣＰＵｌ０に１
共給される。これによりＣＰＵｌ０は、周期６０ｎｓの
システムクロック１１に同期して動作を開始することに
なり、このやや低めの周波数のシステムクロック１１に
よりＣＰＵｌ０が正常に機能し始めるまでの期間に対す
る動作が保証される。

さて、ＣＰ　Ｕ　１０か正常に機能し始めると、ＣＰ　
Ｕ　１０は警報モジュール１７の温度比較結果に応じて
選択信号１６の状態を切替え設定する。まず周囲温度が
設定温度より高くなる高温時には、警報モジュールＩ７
からＣＰＵｌ０に対して温度高を示す温度比較結果か通
知される。警報モジュール１７の温度比較結果が温度高
を示している場合、ＣＰＵ１Ｏは、選択回路１５に対す
る選択信号１６を上記の立上げ時と同様に論理“１″に
設定する。この場合、選択回路１５は、発振回路１４か
らの周期６０ｎｓのクロック信号をシステムクロック１
１としてＣＰＵ１（＋に選択出力する。これによりＣＰ
Ｕｌ０は、上記の立上げ時と同様に、周期６０ｎ　ｓの
やや低めの周波数のシステムクロック１１に同期して動
作を行う。この状態では、動作が低速となるために処理
能力は低下するものの、タイミング的に余裕が生じるの
で、高温下であっても安定稼動か望める。

一方、周囲温度が設定温度より低くなる低温時には、警
報モジュール１７からＣＰＵｌ０に対して温度低を示す
温度比較結果が通知される。警報モジュール１７の温度
比較結果が温度低を示している場合、ＣＰＵｌ０は、選
択回路１５に対する選択信号１Ｂを上記の立上げ時、或
は高温時とは逆に論理“０”に設定する。この場合、選
択回路１５は、発振回路１３からの周期５０ｎ　ｓのク
ロック信号をシステムクロック１１としてＣＰＵｌ０に
選択出力する。

この結果、ＣＰＵｌ０は周期５０ｎｓのやや高めの周波
数のシステムクロック１１に同期して、処理能力を上げ
て動作することができる。

このように第１図の構成によれば、周囲温度が低温（常
温以下）の良好な温度環境ではシステムクロック１１の
周波数を高めに切替えることで、電子計算機（ＣＰＵＩ
Ｏ）の処理能力を上げて稼動させることができ、高温下
の悪環境ではシステムクロック１１の周波数を低めに切
替えることで、タイミング的に余裕のある安定稼動を図
ることかできる。ところで、ミニコン（ミニコンピユー
タ）クラス以上の電子計算機では、温度を含め良く管理
された環境で使用されることが多い。このため、製品仕
様の上限温度として記述されるような温度になるのは、
空調が故障した場合くらいであり、このような異常状態
は度々発生するものではない。

したがって、このような異常状態での安定稼動を想定し
て従来のように通常状態でも処理能力を落として動作さ
せるのは無駄である。これに対して第１図の構成では、
通常状態では処理能力を上げて稼動し、空調が故障して
温度環境が悪くなったときだけ、空調の修理が終わって
良好な温度環境に戻るまでの期間、処理能力を落として
安定稼動優先の使用を図ることかできる。したがって、
ユーザにとっては、より高度な処理能力を持った電子計
算機を導入したのと等価となり、メーカとしては温度変
動に強い高信頼性の計算機を提供したことと等価な効果
を得ることができる。

なお、第１図の構成では、警報モジュールＩ７の温度比
較結果に応じてＣＰＵｌ０が選択信号１６の状態を切替
え設定するようにしているが、第２図に示すようにＣＰ
Ｕｌ０とは独立の温度検出回路２１を設け、この温度検
出回路２１が直接に選択回路１５に対する選択信号１６
の状態を切替え設定することも可能である。即ち第２図
の構成では、周囲温度の検出が温度検出回路２１におい
て行われる。温度検出回路２１は、検出した周囲温度が
設定温度より高温か低温かを比較判定し、その判定結果
により高温であれば論理“１”の、低温であれば論理“
０”の、選択信号１６を選択回路Ｉ５に出力する。

以降の動作は、第１図の構成、と同様である。なお、第
２図においては、第１図と同一部分には同一符号を付し
である。また説明の便宜上、ＣＰＵについても同一符号
を付しである。

さて、第１図および第２図の構成では、異なる周波数の
クロック信号がそれぞれ独立の発振回路（１３，１４）
によって生成される場合について説明したか、１つのバ
イナリカウンタにより、周波数の異なる複数のクロック
信号を生成することも可能である。このバイナリカウン
タを用いたシステムクロック発生回路について、第３図
および第４図を参照して説明する。なお、第３図は第１
図の構成に、第４図は第２図の構成に、それぞれ対応す
るもので、第１図および第２図と同一部分には同一符号
を付して詳細な説明を省略する。

第３図および第４図において、３０は第１図のシステム
クロック発生回路１２に相当するシステムクロック発生
回路である。システムクロック発生回路３０は、水晶発
振器３１、および水晶発振器３１からの出力パルス信号
をもとに周波数の異なる２種類のクロック信号を生成す
るクロック生成回路３２を備えている。このクロック生
成回路３２は、水晶発振器３１からの出力パルス信号を
カウントする例えば３ビツトのバイナリカウンタ３３と
、同カウンタ３３の出力Ｑ２　　（ＭＳＢ）、Ｑｌ、Ｑ
Ｏ（ＬＳＢ）をデコードし、選択信号１Ｂ（第３図では
ＣＰＵｌ０からの選択信号１６、第４図では温度検出回
路２Ｉからの選択信号１６）の状態（０または１）で決
まる値となった場合に、同カウンタ３３に例えば値「０
」をプリセットするためのプリセット信号３４を出力す
るデコーダ３５とを有している。この実施例においてデ
コーダ３５は、選択信号１６か“０”であれば“Ｑ２　
ＱＩ　ＱＯ’　−“１１１”のときに、“１“であれば
“Ｑ２　ＱＩ　ＱＯ″−“１００”のときに、それぞれ
アクティブなプリセット信号３４を出力するようになっ
ている。システムクロック発生回路３０は更に、バイナ
リカウンタ３３のＱ１出力およびＱ２出力のいずれか一
方を選択信号１６に応して選択する選択回路３６、およ
び選択回路３６によって選択された信号（クロック信号
）を２倍周期のクロックに整形するためのフリップフロ
ップ（以下、Ｆ／Ｆと称する）３７を備えている。

次に第３図および第４図の構成の動作を、水晶発振器３
１からの出力パルス信号か１０ｎｓ周期、高温時のシス
テムクロック１１が１００ｎｓ周期、低温時のシステム
クロック１１か８０ｎｓ周期である場合を例に、第５図
（ａ）、（ｂ）のタイミングチャートを参照して説明す
る。なお、第５図（ａ）は選択信号１６か“０°の場合
、第５図（ｂ）は選択信号１６か“１”の場合のタイミ
ングチャートである。

まずクロック生成回路３２内の３ピツトノ１イナリカウ
ンタ３３は、水晶発振器３１からの１０ｎｓ周期の出力
パルス信号によりカウント動作を行う。

バイナリカウンタ３３のカウント値を示す３ビツト出力
、即ちＱ２〜ＱＯ出力はデコーダ３５に供給される。こ
のデコーダ３５には選択信号１６（第３図ではＣＰＵｌ
０からの選択信号１６、第４図では温度検出回路２１か
らの選択信号１６）も供給される。選択信号１６は、低
温時には、前記実施例で明らかなように“０′である。

デコーダ３５は、選択信号１６か“０”の場合には、バ
イナリカウンタ３３のＱ２〜Ｑ１出力が“Ｑ２　ＱＩ　
ＱＯ−一“１１１”のとき（カウント値か７のとき）た
け、アクティブなプリセット信号３４をバイナリカウン
タ３３に出力する。

これによりバイナリカウンタ３３には値「０」かプリセ
ットされる。即ちバイナリカウンタ３３は、選択信号Ｉ
６か“０”となる低温時には、第５図（ａ）に示スよう
に８進カウンタとして動作する。この場合、バイナリカ
ウンタ３３のＱｌ比出力、水晶発振器３１の出力パルス
信号の４倍の周期、即ち４０ｎｓとなる。

低温時において８進カウンタとして動作するバイナリカ
ウンタ３３のＱｌおよびＱ２出力は選択回路３６に供給
される。選択回路３６は、上記選択信号１６が本実施例
のように“０”の場合には、第５図（ａ）に示すように
バイナリカウンタ３３のＱ１出力、即ち周期４Ｑｎｓの
クロック信号を選択する。選択回路３６によって選択さ
れた周期４０ｎ　ｓのクロック信号（バイナリカウンタ
３３のＱ１出力）はＦ　／　Ｆ　３７に供給され、第５
図（ａ）に示すように２倍周期のクロック信号、即ち８
０ｎｓ周期のクロック信号に整形され、低温時用のシス
テムクロックＩＩとしてＣＰ　Ｕ　ＩＱに供給される。

−力、高温時には、選択信号１６（第３図ではＣＰＵｌ
０からの選択信号１６、第４図では温度検出回路２１か
らの選択信号１６）は１″となる。デコダ３５は、選択
信号１６か“１′の場合には、／＼イナリカウンタ３３
のＱ２〜Ｑ１出力か“Ｑ２　ＱＩＱＯ”−“１００”の
とき（カウント値か４のとき）たけ、アクティブなプリ
セット信号３４をｌ・イナリカウンタ３３に出力する。

これによりバイナリカウンタ３３には値「０」かプリセ
ットされる。即ちバイナリカウンタ３３は、選択信号１
６か“１”となる低温時には、第５図（ｂ）に示すよう
に５進カウンタとして動作する。この場合、バイナリカ
ウンタ３３のＱ２出力は、水晶発振器３１の出力パルス
信号の５倍の周期、即ち５０ｎｓとなる。

高温時において５進カウンタとして動作するバイナリカ
ウンタ３３のＱｌおよびＱ２出力は選択回路３６に供給
される。選択回路３６は、上記選択（５号１６が本実施
例のように“１″の場合には、第５図（ｂ）に示すよう
にバイナリカウンタ３３のＱ２出力、即ち周期５０ｎ　
ｓのクロック信号を選択する。選択回路３６によって選
択された周期５０ｎ　ｓのクロック信号（バイナリカウ
ンタ３３のＱ２出力）はＦ　／　Ｆ　３７に供給され、
第５図（ｂ）に示すように２倍周期のクロック信号、即
ち１００ｎｓ周期のクロック信号に整形され、低温動作
時に比べてタイミング的に余裕を持てるやや低い周波数
の高温時用システムクロックＩｔとしてＣＰＵｌ０に供
給される。

以上は、１つの設定温度を基準に、周囲温度がその設定
温度より高温か低温かで周波数の異なる２種類のクロッ
ク信号を切替えてシステムクロックを出力する場合につ
いて説明したが、これに限るものではない。例えば３つ
以上の温度範囲を設定し、周囲温度がいずれの温度範囲
にあるかにより、周波数の異なる３種類以上のクロック
信号を切替えてシステムクロックを出力することも可能
である。また本発明は、電子計算機に限らず、クロック
に同期して動作する電子回路を有する電子機器一般に適
用可能である。

［発明の効果コ 以上詳述したようにこの発明によれば、システムクロッ
クの周波数を周囲温度の変化に追従して自動的に切替え
ることにより、良好な温度環境（常温以下）のもとでは
機器の処理能力を上げて効率的に稼動させることができ
、温度環境か悪化した場合には、エラーを発生させない
安定稼動を優先し、処理能力をやや落として稼動するこ
とかできる。

【図面の簡単な説明】 第１図はこの発明の一実施例を示すブロック構成図、第
２図はこの発明の他の実施例を示すブロック構成図、第
３図は第１図の構成にバイナリカウンタ利用のシステム
クロック発生回路を適用した場合の実施例を示すブロッ
ク構成図、第４図は第２図の構成にバイナリカウンタ利
用のシステムクロック発生回路を適用した場合の実施例
を示すブロック構成図、第５図は第３図および第４図の
構成の動作を説明するためのタイミングチャートである
。 ｌＯ・・・ＣＰＵ５１１・・・システムクロック、１２
．３０・・・システムクロック発生回路、１３．１４・
・・発振回路、１５、３６・・・選択回路、１６・・・
選択信号、１７・・・警報モジュール、２１・・・温度
検出回路、３１・・・水晶発振器、３２・・・クロック
生成回路、３３・・・パイナリカウンク、３５・・・デ
コーダ、３７・・・フリップフロップ（Ｆ／Ｆ）。 Ｗｌｌ　区

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）システムクロックに同期して動作する電子機器に
   おいて、 周波数の異なる複数のクロック信号を生成するクロック
   生成回路と、 このクロック生成回路により生成される複数のクロック
   信号の１つを上記システムクロックの生成出力用に選択
   信号に応じて選択する選択回路と、 周囲温度を検出し、その検出温度に応じて上記選択信号
   の状態を設定する手段と、 を具備し、温度変化に追従して上記システムクロックの
   周波数を切替えるようにしたことを特徴とするシステム
   クロック切替え機能を持つ電子機器。
2. （２）上記クロック生成回路が、それぞれ異なる周波数
   の上記クロック信号を生成する複数の発振回路を有して
   いることを特徴とする第１請求項記載のシステムクロッ
   ク切替え機能を持つ電子機器。
3. （３）上記クロック生成回路が、発振器出力によりカウ
   ント動作する複数ビットのバイナリカウンタであって、
   その複数ビット出力の少なくとも一部が上記クロック信
   号として用いられるバイナリカウンタと、このバイナリ
   カウンタの出力をデコードし、その出力値が上記選択信
   号の状態で決まる値となった場合に同カウンタを初期化
   するための信号を出力するデコード回路とを有している
   ことを特徴とする第１請求項記載のシステムクロック切
   替え機能を持つ電子機器。