JP7807282B2 - Oscillator - Google Patents
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Description
本発明は、低消費電力化が図れ、かつ、立上り時間が短い発振装置に関する。 The present invention relates to an oscillator device that achieves low power consumption and a short rise time.
通信システムでは、信号の授受を所望通りに行うためクロック信号が必須であり、クロック信号を生成する発振装置が必須である。また、発振装置として、低消費電力化が図れ、かつ、立上り時間が短いものが望まれている。 In communications systems, clock signals are essential for transmitting and receiving signals as desired, and oscillators that generate clock signals are essential. Furthermore, oscillators that consume low power and have short rise times are desirable.
例えば、特許文献1に、クロック信号発生回路としての水晶発振回路の、立上り時間を短縮する技術が開示されている。具体的には、1つの水晶振動子を共用する2組の発振回路を有し、一方の発振回路で振動状態にある水晶振動子を、他方の発振回路に切換え接続して動作する、水晶発振回路が開示されている(特許文献1の例えば特許請求の範囲)。この技術では、一方の発振回路で水晶振動子を予備発振の状態にしておき、他方の発振回路への切換時のトリガーも加えることで、他方の発振回路で安定な発振を短時間で得られるという(特許文献1の第2頁左欄第6~10行) For example, Patent Document 1 (Patent Document 1) discloses a technique for shortening the rise time of a crystal oscillator circuit used as a clock signal generating circuit. Specifically, the technique involves two oscillator circuits sharing a single crystal oscillator. The crystal oscillator, which is oscillating in one oscillator circuit, is switched to the other oscillator circuit for operation (see, for example, the claims of Patent Document 1). This technique involves placing the crystal oscillator in a standby oscillation state in one oscillator circuit, and adding a trigger when switching to the other oscillator circuit, thereby achieving stable oscillation in the other oscillator circuit in a short time (see, Patent Document 1, page 2, left column, lines 6-10).
また、特許文献2に、VCXO(Voltage Controlled Crystal Oscillator)の起動時間を短縮する技術が開示されている。具体的には、発振器が起動されると、高速起動回路が動作して、発振器内のバラクタダイオードのキャパシタンスを最小化して、発振回路の起動時間の短縮を図っている(特許文献2の例えば段落13、図3等)。 Patent Document 2 also discloses technology for shortening the startup time of a VCXO (Voltage Controlled Crystal Oscillator). Specifically, when the oscillator is started, a high-speed startup circuit operates to minimize the capacitance of the varactor diode within the oscillator, thereby shortening the startup time of the oscillation circuit (see, for example, paragraph 13 and Figure 3 of Patent Document 2).
ところで、通信システムの一種として、通信を行う複数の通信機間で認証をしてリンクを確立し、そして、認証時に決めた周期Tの間の所定区間に、情報を送受信する通信システムがある。その典型例として、ブルートゥース(Bluetooth:Bluetoothは、
Bluetooth Special Interest Group の登録商標)がある。
ブルートゥース(登録商標)は、消費電力が小さい等の利点を有しているが、さらなる低消費電力化が望まれている。従って、ブルートゥース(登録商標)においても、クロック信号を生成するための発振装置に対し、さらなる低消費電力化が図れ、かつ、立上り時間も短い発振装置が望まれる。
上記した従来技術各々は、発振回路の立上り時間の改善を図れるが、通信システムの通信アルゴリズムを考慮した、低電力化及び立上り時間の短縮化を図るものではなかった。
この出願はこのような点に鑑みなされたものであり、従って、この出願の目的は、所定の通信システムの通信アルゴリズムの中での動作を考慮した、低消費電力化が図れ、かつ、立上り時間の短縮化が図れる、新規な発振装置を提供することにある。
By the way, one type of communication system is a communication system in which a link is established between multiple communication devices through authentication, and information is transmitted and received within a predetermined period T determined at the time of authentication. A typical example of such a system is Bluetooth (Bluetooth:
Bluetooth is a registered trademark of the Bluetooth Special Interest Group.
Although Bluetooth (registered trademark) has the advantage of low power consumption, further reduction in power consumption is desired. Therefore, even in Bluetooth (registered trademark), an oscillator device that can further reduce power consumption and has a short rise time is desired for generating a clock signal.
Although each of the above-mentioned conventional techniques can improve the rise time of an oscillator circuit, they do not aim to reduce power consumption or shorten the rise time in consideration of the communication algorithm of a communication system.
This application has been filed in consideration of these points, and therefore, the object of this application is to provide a novel oscillator device that can reduce power consumption and shorten the rise time, taking into account operation within the communication algorithm of a specified communication system.
この目的の達成を図るため、この発明によれば、複数の通信装置間の認証によって各通信装置のリンクが確立され、かつ、前記認証時に定められる周期Tの間に情報の送受信が行われる通信システムに、組み込まれて使用され、前記送受信のための基準クロック信号を生成する発振装置において、
前記周期Tが到来する前の第1時刻t1に、前記基準クロック信号のレベルより小さい前記基準クロック信号生成の予備発振を誘起する第1動作と、
前記第1時刻t1の後であって前記周期Tが到来する前の第2時刻t2に、動作を開始し、前記予備発振を発振元とし、少なくとも前記周期T到来時に前記基準クロック信号を形成する第2動作と、を行うことを特徴とする。
In order to achieve this object, according to the present invention, there is provided an oscillator device that is incorporated into and used in a communication system in which links between a plurality of communication devices are established by authentication between the communication devices, and in which information is transmitted and received within a period T determined at the time of the authentication, and that generates a reference clock signal for the transmission and reception, the oscillator device comprising:
a first operation of inducing a preliminary oscillation of the reference clock signal at a first time t1 before the period T arrives, the preliminary oscillation being lower than the level of the reference clock signal;
The present invention is characterized in that an operation is started at a second time t2 after the first time t1 and before the period T arrives, and a second operation is performed in which the preliminary oscillation is used as an oscillation source and the reference clock signal is formed at least when the period T arrives.
この発明を実施するに当たり、発振装置は、前記認証後の初期動作時は、基準クロック信号を出力し、第1回目の周期Tの到来前の第1時刻t1から、第1動作及び第2動作を行うものであることが好ましい。 When implementing this invention, it is preferable that the oscillator device outputs a reference clock signal during initial operation after the authentication, and performs the first and second operations from a first time t1 before the arrival of the first period T.
この発明を実施するに当たり、発振装置は、前記認証の際に前記第2動作の終了時刻としての第3時刻t3に関する情報を授受し、かつ、時刻t3到来時に発振動作を終了するものであることが好ましい。 When implementing this invention, it is preferable that the oscillator device exchanges information regarding the third time t3, which is the end time of the second operation, during the authentication, and terminates the oscillation operation when time t3 arrives.
この発明を実施するに当たり、前記通信システムは、ブルートゥース・クラシック(Bluetooth Classic)規格のもの、又は、ブルートゥース・ロウ・エナジー(Bluetooth Low
Energy)規格のものであることが好ましい。
In carrying out the present invention, the communication system is a Bluetooth Classic standard or a Bluetooth Low Energy standard.
It is preferable that the fuel cell meets the Energy (Energy) standard.
この発明の発振装置によれば、周期Tが到来する前の第1時刻から周期Tが到来するまでの時間を利用して、第1動作及び第2動作による段階的な発振動作を行える。ここで、第1動作は、予備的な発振動作であるため、使用する電力は、小さくて済む。しかも、第1動作時の予備発振が、第2動作を誘起するトリガとして寄与するため、基準クロックの立上り時間の短縮化も図れる。従って、所定の通信システムの通信アルゴリズムの中での動作を考慮した、低消費電力化が図れ、かつ、立上り時間の短縮化が図れる、新規な発振装置を提供できる。
また、通信システムの動作を開始するための認証時に、第3時刻t3に関する情報を受信し、この第3時刻に基準クロック信号の出力を停止する好適例の構成の場合、基準クロック信号を必要最小限の時間だけ形成できるから、基準クロック信号を形成する発振装置のさらなる低電力化が図れる。
According to the oscillator device of the present invention, a stepwise oscillation operation can be performed using a first operation and a second operation, utilizing the time from a first time before the arrival of the period T until the arrival of the period T. Here, since the first operation is a preliminary oscillation operation, it consumes little power. Moreover, the preliminary oscillation during the first operation contributes to triggering the second operation, which also shortens the rise time of the reference clock. Therefore, it is possible to provide a novel oscillator device that can achieve low power consumption and a short rise time, taking into account operation within the communication algorithm of a specified communication system.
Furthermore, in a preferred example configuration in which information regarding the third time t3 is received at the time of authentication to start operation of the communication system and the output of the reference clock signal is stopped at this third time, the reference clock signal can be generated for only the minimum necessary time, thereby further reducing the power consumption of the oscillator that generates the reference clock signal.
以下、図面を参照してこの発明の発振装置の実施形態について説明する。なお、説明に用いる各図はこの発明を理解できる程度に概略的に示してあるにすぎない。また、説明に用いる各図において、同様な構成成分については同一の番号を付して示し、その説明を省略する場合もある。また、以下の説明中で述べる回路構成、使用部材等は、この発明の範囲内の好適例に過ぎない。従って、本発明は以下の実施形態のみに限定されるものではない。 Embodiments of the oscillator device of the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that each figure used in the description is merely a schematic illustration to enable an understanding of the invention. Furthermore, in each figure used in the description, similar components are designated by the same numbers, and their description may be omitted. Furthermore, the circuit configurations, components used, etc. described in the following description are merely preferred examples within the scope of the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the following embodiments.
1. 発振装置の構成の説明
先ず、図1、図2及び図3を参照して、実施形態の発振装置の構成を説明する。ここで、図1(A)は、本発明の発振装置の要点を説明するためのブロック図、図1(B)は、本発明の発振装置の動作のイメージを説明するための図である、また、図2(A)は、本発明の発振装置の、通信システムとの関係の一例を説明するためのブロック図、図2(B)は、発振装置の具体的な構成例を説明するための図である。また、図3(A)、(B)は発振装置に備わる発振回路例を示した図である。
1. Description of the Configuration of the Oscillator First, the configuration of an oscillator according to an embodiment will be described with reference to Figures 1, 2, and 3. Here, Figure 1(A) is a block diagram for explaining the main points of the oscillator according to the present invention, Figure 1(B) is a diagram for explaining an image of the operation of the oscillator according to the present invention, Figure 2(A) is a block diagram for explaining an example of the relationship between the oscillator according to the present invention and a communication system, and Figure 2(B) is a diagram for explaining a specific configuration example of the oscillator. Furthermore, Figures 3(A) and (B) are diagrams showing examples of oscillation circuits provided in the oscillator.
この発明の発振装置は、所定の通信システムに組み込まれて使用されるものである。所定の通信システムとは、複数の通信装置間の認証によって各通信装置間の通信が許可され、かつ、認証時に定められる周期Tの間の所定区間で情報の送受信が行われる、通信システムである。そして、この送受信は、基準クロック信号の下で行われ、本発明の発振装置は、この基準クロックの生成を行うものである。
図1(A)、(B)の例では、デバイス1及びデバイス2の2つの通信装置で構成される通信システムに、本発明の発振装置を組み込んで使用する例を示してある。しかも、図1(A)の例では、マスタとしてのデバイス1と、スレーブとしてのデバイス2とによる例を示してある。スレーブであるデバイス2が、マスタであるデバイス1に接続要求を送ると、マスタであるデバイス1は、デバイス2を認証するか否かを判断し、認証した場合は、デバイス1は、デバイス2に通信システムの仕様を送信する。これにより、デバイス1及びデバイス2の間のリンクが確立する。
The oscillator of the present invention is incorporated into a predetermined communication system for use. The predetermined communication system is a communication system in which communication between a plurality of communication devices is permitted through authentication between the communication devices, and information is transmitted and received within a predetermined interval within a period T determined at the time of authentication. This transmission and reception is performed under a reference clock signal, and the oscillator of the present invention generates this reference clock.
1A and 1B show an example in which an oscillator device of the present invention is incorporated into and used in a communication system consisting of two communication devices, device 1 and device 2. Moreover, the example of Fig. 1A shows an example in which device 1 acts as a master and device 2 acts as a slave. When device 2, which is the slave, sends a connection request to device 1, which is the master, device 1 determines whether or not to authenticate device 2, and if authenticated, device 1 transmits the specifications of the communication system to device 2. This establishes a link between device 1 and device 2.
この発明の理解を深めるため、図1中のデバイス1、デバイス2の具体例を挙げると、デバイス1は、例えばブルートゥース(登録商標)規格対応のパソコン、タブレット、スマートフォン等であり、デバイス2は、例えばブルートゥース(登録商標)規格対応のイヤホン、プリンタ、スピーカー等の種々の機器である。
また、通信の仕様とは、例えば、送受信するデータサイズ、通信回数(例えばパケット数)、通信を行う周期T等である。この通信の仕様の中に、周期Tの間ごとに行われる情報の送受信を終了する時刻(本発明でいう第3時刻t3)が含まれていても良い。この実施形態では、第3時刻t3も送信する例を後に示している。なお、第3時刻t3は、周期Tの間に送受信される情報量を送受信するために必要な時間を考慮して決める時刻であり、通信システムに応じて決められる固定値でも良いし、周期T毎で送受信の情報量に応じて決められる別々の時刻でも良い。特に、後者の場合、基準クロックを必要最低限で形成できるので、低消費電力化の観点では好ましい。なお、第3時刻t3は、次の周期Tのための第1時刻t1を超える時刻とはならない。
To deepen understanding of the present invention, specific examples of device 1 and device 2 in FIG. 1 are as follows: device 1 is, for example, a personal computer, tablet, smartphone, etc. that supports the Bluetooth (registered trademark) standard, and device 2 is, for example, various devices that support the Bluetooth (registered trademark) standard, such as earphones, printers, speakers, etc.
The communication specifications may include, for example, the size of data to be transmitted and received, the number of communications (e.g., the number of packets), and the communication period T. The communication specifications may also include a time at which the transmission and reception of information during each period T is to end (the third time t3 in this invention). In this embodiment, an example in which the third time t3 is also transmitted is shown later. The third time t3 is determined taking into account the time required to transmit and receive the amount of information transmitted and received during the period T. It may be a fixed value determined according to the communication system, or a different time determined according to the amount of information transmitted and received for each period T. The latter case is particularly preferable from the perspective of low power consumption, since it allows the reference clock to be generated with the minimum necessary information. The third time t3 does not exceed the first time t1 for the next period T.
そして、この発明の発振装置は、上記のようにリンクが確立されると、第1動作と第2動作との2つの連続する動作によって基準クロックを生成する。すなわち、図1(B)に示すように、周期Tが到来する前の所定の第1時刻t1に、基準クロック信号のレベルより小さい基準クロック信号生成の予備発振を誘起する第1動作と、第1時刻t1の後であって周期Tが到来する前の第2時刻t2に、動作を開始し、前記予備発振を発振元とし少なくとも周期T到来時に基準クロック信号を形成する第2動作と、を行う発振装置である。 Once a link is established as described above, the oscillator device of this invention generates a reference clock through two consecutive operations: a first operation and a second operation. That is, as shown in FIG. 1(B), the oscillator device performs a first operation at a predetermined first time t1 before the arrival of period T, which induces a preliminary oscillation to generate a reference clock signal whose level is lower than the reference clock signal level, and a second operation that begins at a second time t2 after the first time t1 but before the arrival of period T, using the preliminary oscillation as an oscillation source to generate a reference clock signal at least when period T arrives.
ただし、リンクが確立された直後、すなわち通信システムの初期の発振装置の動作は、第1時刻t1や第2時刻t2が未定の動作である(図1(B)の初期動作の区間)。従って、クロック信号が不定であると通信自体を実施できないので、この実施形態の発振装置の場合、初期動作では、基準クロックを発生する動作(図1(B)の「基準クロック動作」)をすることとしている。そして、初期動作である基準クロックを形成する動作をした後の、第1回目の周期Tが到来する直前の第1時刻t1以降は、本発明の第1動作及び第2動作を繰り返し行う。なお、第1時刻t1や第2時刻t2の検出は、例えば本発明の発振装置に備わるタイマ(図2参照)によって行える。具体的には、タイマは、上記リンク確立時を開始時刻として、時間計測を開始し、第1時刻t1、第2時刻t2、周期T及び第3時刻t3を監視する。
なお、第1時刻t1及び第2時刻t2は、例えば、発振装置に備わる発振回路の特性に応じて予め定める等、設計に応じて決めることが出来る。
However, immediately after the link is established, i.e., during the initial operation of the oscillator in the communication system, the first time t1 and the second time t2 are undetermined (the initial operation section in FIG. 1B). Therefore, since communication itself cannot be performed if the clock signal is uncertain, the oscillator in this embodiment performs the initial operation of generating a reference clock (the "reference clock operation" in FIG. 1B). After the initial operation of generating the reference clock, the first and second operations of the present invention are repeatedly performed from the first time t1 immediately before the first period T arrives. Note that the first time t1 and the second time t2 can be detected, for example, by a timer (see FIG. 2) provided in the oscillator of the present invention. Specifically, the timer starts measuring time from the time the link is established and monitors the first time t1, the second time t2, the period T, and the third time t3.
The first time t1 and the second time t2 can be determined according to the design, for example, by determining them in advance according to the characteristics of the oscillation circuit provided in the oscillation device.
次に、本発明をより具体的に説明する。図2(A)は、本発明を、具体例により示した図である。通信システム10は、2台の装置であるマスタ11とスレーブ13とを備えている。マスタ11は、本発明に係る発振装置11aと、通信機11bとを具え、スレーブ13は、本発明に係る発振装置13aと、通信機13bとを具えている。そして、各発振装置11a、13a各々は、発振部15と、制御部17とを備えている。
発振部15は、図2(B)に示したように、発振子15aとしての水晶振動子15aと、本発明で言う第1動作15b及び第2動作15cを可能とする回路手段を備えている。第1動作15b及び第2動作15cを可能とする回路手段は、例えば図3(A)、(B)に示し、以下に説明する独特の発振回路によって構成できる。
Next, the present invention will be described in more detail. Fig. 2(A) is a diagram showing a specific example of the present invention. A communication system 10 includes two devices: a master 11 and a slave 13. The master 11 includes an oscillator 11a according to the present invention and a communication device 11b, and the slave 13 includes an oscillator 13a according to the present invention and a communication device 13b. Each of the oscillators 11a and 13a includes an oscillator unit 15 and a control unit 17.
As shown in Fig. 2B, the oscillation unit 15 includes a crystal unit 15a as an oscillator 15a and circuit means for enabling the first operation 15b and the second operation 15c of the present invention. The circuit means for enabling the first operation 15b and the second operation 15c can be configured by a unique oscillation circuit, for example, as shown in Figs. 3A and 3B and described below.
図3(A)に示した発振部15は、1段目のC-MOSインバータ19aと、2段目のC-MOSインバータ19bと、スイッチング素子SWと、水晶振動子19cと、帰還抵抗19dと、入力コンデンサCd及び出力コンデンサCgsとを備えている。1段目のC-MOSインバータ19aには電源Vddが接続してあるが、2段目のC-MOSインバータ19bには、スイッチング素子SWを介して電源Vddを接続してある。スイッチング素子SWは、制御部17からの制御信号Scが例えばオン状態になるとオン状態になり、その結果、2段目のC-MOSインバータ19bに電源を供給できる。従って、制御信号Scが、オン状態になるか、オフ状態になるかによって、2段目のC-MOSインバータがオン又はオフされて、C-MOSインバータの段数が変化するので、発振部の増幅度を変更できる。すなわち、1段目のC-MOSインバータ19aのみが動作している場合は、本発明で言う第1動作を実現でき、1段目のC-MOSインバータ19a及び2段目のC-MOSインバータ19b双方が動作している場合は、本発明で言う第2動作を実現できる。 The oscillator 15 shown in FIG. 3(A) comprises a first-stage C-MOS inverter 19a, a second-stage C-MOS inverter 19b, a switching element SW, a crystal oscillator 19c, a feedback resistor 19d, an input capacitor Cd, and an output capacitor Cgs. The first-stage C-MOS inverter 19a is connected to a power supply Vdd, while the second-stage C-MOS inverter 19b is connected to the power supply Vdd via a switching element SW. When a control signal Sc from the control unit 17 is turned on, for example, the switching element SW turns on, thereby supplying power to the second-stage C-MOS inverter 19b. Therefore, depending on whether the control signal Sc is turned on or off, the second-stage C-MOS inverter is turned on or off, changing the number of C-MOS inverter stages and thereby changing the amplification of the oscillator. In other words, when only the first-stage C-MOS inverter 19a is operating, the first operation of the present invention can be realized, and when both the first-stage C-MOS inverter 19a and the second-stage C-MOS inverter 19b are operating, the second operation of the present invention can be realized.
また、図3(B)に示した発振部15は、C-MOSインバータ21aと、スイッチング素子SWと、水晶振動子19cと、帰還抵抗19dと、入力コンデンサCd及び出力コンデンサCgsとを備えている。C-MOSインバータ21aは、スイッチング素子SWを介して、電源Vddに接続してある。ただし、この例の場合のスイッチング素子SWは、制御部17からの制御信号Scによって、電源VddからC-MOSインバータ21aに注入される電流量を可変できるゲート的機能を有するものとしてある。従って、電源VddからC-MOSインバータ21aに注入される電流量を変えることによって、本発明で言う第1動作又は第2動作を実現できる。 The oscillator unit 15 shown in Figure 3(B) includes a C-MOS inverter 21a, a switching element SW, a crystal oscillator 19c, a feedback resistor 19d, an input capacitor Cd, and an output capacitor Cgs. The C-MOS inverter 21a is connected to a power supply Vdd via the switching element SW. However, in this example, the switching element SW has a gate-like function that can vary the amount of current injected from the power supply Vdd into the C-MOS inverter 21a using a control signal Sc from the control unit 17. Therefore, by changing the amount of current injected from the power supply Vdd into the C-MOS inverter 21a, the first or second operation referred to in this invention can be achieved.
2.第1動作(予備発振)について
本発明で言う第1動作すなわち予備発振とは、正規の発振である所望の基準クロック相当の発振に至る前の、ノイズレベルの発振状態をいう。以下詳述する。
基準クロックを生成する発振装置として使用される装置は、現状ではほとんど、水晶発振器である。水晶発振器はQ値が高いため高安定な発振源であるが、その反面、発振の立上りが遅いという欠点を持つ。水晶発振器の場合、ノイズレベルの発振状態が、ある程度続き、その後に本来の発振状態になる。
2. First Operation (Preliminary Oscillation) The first operation, or preliminary oscillation, as used in the present invention refers to a noise-level oscillation state before reaching normal oscillation equivalent to a desired reference clock. This will be described in detail below.
Currently, most devices used as oscillators to generate reference clocks are crystal oscillators. Crystal oscillators have a high Q value, making them a highly stable oscillation source, but on the other hand, they have the disadvantage of a slow oscillation start-up. In the case of a crystal oscillator, the noise level oscillation state continues for a certain period of time before returning to the original oscillation state.
このノイズレベルの発振の必要時間、すなわち予備発振である第1動作の必要時間を、発明者が考察したところ、例えば以下となる。図4(A)、(B)はそのための説明図であり、図4(A)はインバータ回路を用いた水晶発振器のモデル図、図4(B)はその等価回路である。
第1動作に必要な時間は、実際は、図4(B)に示した水晶発振器における相互コンダクタンスや増幅度等によって左右されるが、それでも、大体の目安として3τ~6τ程度と言える。ここで、τは下記の数1に示した式で与えられるものであり、然も、数1中のr′は、r′=r/((ω・Cds・r)2+1)で与えられるものであり、さらに、ωは発振周波数の角周波数であり、rは図4(A)に示した増幅器の抵抗値であり、Cds,R1,L1はそれぞれ図4(B)に示した等価回路定数である。
また、第2動作に必要な時間は、実際は、図4(B)に示した水晶発振器における相互コンダクタンスや増幅度等によって左右されるが、それでも、大体の目安として3τ程度である。
The time required for the first operation actually depends on the mutual conductance and amplification factor of the crystal oscillator shown in Figure 4(B), but even so, it can be said to be roughly 3τ to 6τ. Here, τ is given by the following equation 1, and r' in equation 1 is given by r' = r/((ω Cds r)2 + 1), where ω is the angular frequency of the oscillation frequency, r is the resistance value of the amplifier shown in Figure 4(A), and Cds, R1, and L1 are the equivalent circuit constants shown in Figure 4(B).
Furthermore, the time required for the second operation is actually influenced by the mutual conductance and amplification factor in the crystal oscillator shown in FIG. 4B, but is still roughly about 3τ.
一方、水晶発振器の発振の立上りを早める方法として、水晶発振回路を駆動する際の発振回路の増幅度をその回路の極大としておき、発振振幅をモニタし、所望の振幅になったら、増幅度を下げるという方法、又は、増幅度が発振回路の極大となる区間を予め定めておき、一定時間経過後に増幅度を下げる方法等の、いわゆるAGC(Auto Gain Control)による方法がある。これらの方法は、ノイズレベルの発振状態や発振成長に要する時間を短縮できるが、その反面、消費電力が大きくなるという欠点がある。
これに対し、本発明では、所定通信システムでの通信アルゴリズムにおいて、所定の第1時刻で第1動作としての必要最低限の予備発振を例えば3τ~6τ等の回路に応じた好適な時間にし、この予備発振を元にして次の第2時刻で必要最低限の電力による本発振を誘起して所定周期Tの到来時に、基準クロックを完成させる。このため、低消費電力化が図れ、かつ、立上り時間が短い、新規な構成の発振装置を提供できる。
On the other hand, methods for speeding up the rise of oscillation in a crystal oscillator include a method of setting the amplification of the oscillation circuit at its maximum when driving the crystal oscillation circuit, monitoring the oscillation amplitude, and lowering the amplification when the desired amplitude is reached, or a method of predetermining a period during which the amplification of the oscillation circuit is at its maximum and lowering the amplification after a certain period of time has elapsed, which is called an AGC (Auto Gain Control) method. These methods can shorten the oscillation state of the noise level and the time required for oscillation growth, but on the other hand, they have the disadvantage of increasing power consumption.
In contrast to this, in the present invention, in a communication algorithm for a predetermined communication system, the minimum necessary preliminary oscillation as a first operation at a predetermined first time is set to a suitable time according to the circuit, such as 3τ to 6τ, and based on this preliminary oscillation, a main oscillation is induced with the minimum necessary power at the next second time, completing the reference clock at the arrival of the predetermined period T. This makes it possible to provide an oscillator device with a novel configuration that can achieve low power consumption and a short rise time.
3.本発明の発振装置の動作例(制御部17の動作例)
次に、この発明の理解を深めるために、実施形態の発振装置の動作例について説明する。その説明を図5及び図6を参照して行う。ここで、図5は、図2(A)に示したマスタ11の動作を示すフローチャート、図6は、図2(A)に示したスレーブ13の動作を示すフローチャートである。
3. Example of operation of the oscillator of the present invention (example of operation of the control unit 17)
Next, to deepen understanding of the present invention, an example of the operation of the oscillator device of the embodiment will be described with reference to Figures 5 and 6. Here, Figure 5 is a flowchart showing the operation of the master 11 shown in Figure 2(A), and Figure 6 is a flowchart showing the operation of the slave 13 shown in Figure 2(A).
マスタは待ち受けをし(図5のステップS1)、かつ、基準クロックを起動する(図5のステップS2)と共に、スレーブからの接続要求(図6のステップS52)を監視する(図5のステップS3)。一方、スレーブも、基準クロックを起動し(図6のステップS51)、そして、接続要求をしたいときに、接続要求をマスタに送る(図6のステップS52)。
スレーブから接続要求が来ると、マスタは認証動作をし、認証が合格の場合、スレーブに対し、通信に関する仕様として、例えば、送受信するデータサイズ、通信回数(例えばパケット数)、通信を行う周期T、さらに送受信を終了する時刻である第3時刻t3等を送信する(図5のステップS4)。これにより、マスタ及びスレーブの間でリンクが確立する(図5のステップS5、図6のステップS53)
The master waits (step S1 in FIG. 5), starts the reference clock (step S2 in FIG. 5), and monitors (step S3 in FIG. 5) a connection request from the slave (step S52 in FIG. 6). Meanwhile, the slave also starts the reference clock (step S51 in FIG. 6), and when it wants to make a connection request, it sends the connection request to the master (step S52 in FIG. 6).
When a connection request is received from a slave, the master performs authentication, and if authentication is successful, it transmits to the slave communication specifications, such as the data size to be transmitted and received, the number of communications (e.g., the number of packets), the communication cycle T, and the third time t3 at which transmission and reception will end (step S4 in FIG. 5). This establishes a link between the master and the slave (step S5 in FIG. 5, step S53 in FIG. 6).
リンクが確立したら、マスタ及びスレーブ各々は、初期動作として実行していた基準クロックを停止する(図5のステップS6、図6のステップS54)。また、リンクが確立したら、制御部17(図2(B)参照)のタイマ17aは、時間監視を開始する(図5のステップS7、図6のステップS55)
次に、タイマ17aは、第1時刻t1の到来を監視し(図5のステップS8、図6のステップS56)、第1時刻t1が到来したら、制御部17は発振部15に対し第1動作での動作をする旨の制御信号Scを出力する。この制御信号Scに応じ、例えば図3(A)又は(B)に示した発振部15は、予備発振に対応する第1動作をする(図5のステップS9、図6のステップS57)。
Once the link is established, the master and slave stop the reference clock that was running as an initial operation (step S6 in FIG. 5, step S54 in FIG. 6). Also, once the link is established, the timer 17a of the control unit 17 (see FIG. 2B) starts time monitoring (step S7 in FIG. 5, step S55 in FIG. 6).
Next, timer 17a monitors the arrival of first time t1 (step S8 in FIG. 5, step S56 in FIG. 6), and when first time t1 arrives, control unit 17 outputs a control signal Sc to oscillator 15 to cause it to operate in the first operation. In response to this control signal Sc, oscillator 15 shown in FIG. 3A or 3B, for example, performs the first operation corresponding to preliminary oscillation (step S9 in FIG. 5, step S57 in FIG. 6).
次にタイマ17aは、第2時刻t2の到来を監視し(図5のステップS10、図6のステップS58)、第2時刻t2が到来したら、制御部17は発振部15に対し第2動作での動作をする旨の制御信号Scを出力する。この制御信号Scに応じ、例えば図3(A)又は(B)に示した発振部15は、基準クロック信号に対応する第2動作、すなわち基準クロックを立ちげる動作を開始する(図5のステップS11、図6のステップS59)。
次にタイマ17aは、周期Tの到来を監視し(図5のステップS12、図6のステップS60)、周期Tが到来したら、マスタ及びスレーブは目的の送受信を行う(図5のステップS13、図6のステップS61)。
次にタイマ17aは、第3時刻t3の到来を監視し(図5のステップS14、図6のステップS62)、第3時刻t3が到来したら、マスタ及びスレーブは基準クロックを停止する(図5のステップS15、図6のステップS63)。
なお、周期Tの監視において、周期Tが到来したら、タイマ17aは、次の送受信のための第1時刻t1の監視、第2時刻t2の監視、周期Tの監視、第3時刻t3の監視を平行して行う。
上記の一連の動作によって、本発明の第1動作及び第2動作や、信号授受を行う。これにより、基準クロック信号を、低消費電力で、かつ、短い立上り時間で形成できる。
Next, timer 17a monitors the arrival of second time t2 (step S10 in FIG. 5, step S58 in FIG. 6), and when second time t2 arrives, control unit 17 outputs a control signal Sc to oscillator 15 to cause it to operate in the second operation. In response to this control signal Sc, oscillator 15 shown in FIG. 3(A) or 3(B), for example, starts the second operation corresponding to the reference clock signal, i.e., the operation of raising the reference clock (step S11 in FIG. 5, step S59 in FIG. 6).
Next, the timer 17a monitors the arrival of the period T (step S12 in FIG. 5, step S60 in FIG. 6), and when the period T arrives, the master and slave perform the intended transmission and reception (step S13 in FIG. 5, step S61 in FIG. 6).
Next, the timer 17a monitors the arrival of the third time t3 (step S14 in FIG. 5, step S62 in FIG. 6), and when the third time t3 arrives, the master and slave stop the reference clock (step S15 in FIG. 5, step S63 in FIG. 6).
In monitoring the period T, when the period T arrives, the timer 17a simultaneously monitors the first time t1 for the next transmission/reception, the second time t2, the period T, and the third time t3.
The above-described series of operations performs the first and second operations of the present invention and transfers signals, thereby generating a reference clock signal with low power consumption and a short rise time.
なお、上述においては、図2(A)、(B)を参照して説明したように、2台のデバイス1、デバイス2を用いた例であって、各々のデバイスが本発明の発振装置を備えた例を説明したが、この発明は上記の例に限られない。
例えば、図7(A)に示したように、3台以上のデバイス31~31Nを用いる通信システム30に対しても本発明は適用できる。具体的には、ブルートゥース(登録商標)規格におけるマルチペアリングに対しても本発明は適用できる。また、例えば図7(B)に示したように、複数台のデバイス41~41Nに対し、本発明の発振装置11aを1台共用する通信システム40に対しても本発明は適用できる。
また、上述においては、ブルートゥース(登録商標)規格の通信システムに本発明を適用する例を示したが、本発明を適用できる通信システムは、ブルートゥース(登録商標)規格の通信システムに限られず、本発明の前提条件としての通信アルゴリズムを実施している種々の通信システムで良い。
In the above description, as explained with reference to Figures 2(A) and (B), an example has been described in which two devices, Device 1 and Device 2, are used, and each device is equipped with an oscillator device of the present invention, but the present invention is not limited to the above example.
For example, as shown in Fig. 7A, the present invention can be applied to a communication system 30 using three or more devices 31 to 31N. Specifically, the present invention can be applied to multi-pairing in the Bluetooth (registered trademark) standard. Furthermore, as shown in Fig. 7B, the present invention can be applied to a communication system 40 in which one oscillator 11a of the present invention is shared by multiple devices 41 to 41N.
Furthermore, in the above description, an example of applying the present invention to a Bluetooth (registered trademark) standard communication system has been shown, but the communication system to which the present invention can be applied is not limited to Bluetooth (registered trademark) standard communication systems, and may be various communication systems that implement the communication algorithm that is a prerequisite for the present invention.
10、30、40:実施形態の通信システム
11、13、31,31N、41,41N:デバイス(通信システムで使用のデバイス)
11a、13a:実施形態の発振装置
15:発振部
17:制御部
17a:タイマ
10, 30, 40: Communication system of the embodiment 11, 13, 31, 31N, 41, 41N: Device (device used in the communication system)
11a, 13a: Oscillator device of the embodiment 15: Oscillator unit 17: Controller 17a: Timer
Claims (6)
前記周期Tが到来する前の第1時刻t1に、前記基準クロック信号のレベルより小さい前記基準クロック信号生成の予備発振を誘起する第1動作と、
前記第1時刻t1の後であって前記周期Tが到来する前の第2時刻t2に、動作を開始し、前記予備発振を発振元とし、少なくとも前記周期T到来時に前記基準クロック信号を形成する第2動作と、を行うことを特徴とする発振装置。 1. An oscillator device for use in a communication system in which a link between a plurality of communication devices is established through authentication between the plurality of communication devices, and information is transmitted and received within a period T determined at the time of authentication, the oscillator device generating a reference clock signal for the transmission and reception,
a first operation of inducing a preliminary oscillation of the reference clock signal at a first time t1 before the period T arrives, the preliminary oscillation being lower than the level of the reference clock signal;
and a second operation of starting operation at a second time t2 after the first time t1 and before the period T arrives, using the preliminary oscillation as an oscillation source, and forming the reference clock signal at least when the period T arrives.
前記電源にスイッチング素子を介して接続された2段目のC-MOSインバータ回路と、当該スイッチング素子と、
前記の各インバータ回路と帰還ループを構成する水晶振動子とを具える発振部であって、
前記スイッチング素子に対するオン/オフ制御信号Scに応じて、前記2段目のC-MOSインバータ回路を有効/無効にして増幅度が変更される発振部を具えたことを特徴とする請求項1~4のいずれか1項に記載の発振装置。 a first-stage C-MOS inverter connected to a power supply;
a second-stage C-MOS inverter circuit connected to the power supply via a switching element, the switching element;
An oscillator unit including each of the inverter circuits and a crystal oscillator that forms a feedback loop,
The oscillator device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that it comprises an oscillator unit in which the amplification degree is changed by enabling/disabling the second-stage C-MOS inverter circuit in accordance with an on/off control signal Sc for the switching element.
当該スイッチング素子であって、制御信号に応じて前記C-MOSインバータ回路に対する前記電源からの注入電流を可変するスイッチング素子と、を具える発振部であって、
前記スイッチング素子に対する制御信号Scに応じて、前記注入電流が制御されて増幅度が変更される発振部を具えたことを特徴とする請求項1~4のいずれか1項に記載の発振装置。 a C-MOS inverter circuit connected to a power supply via a switching element;
the switching element varying an injection current from the power supply to the C-MOS inverter circuit in response to a control signal;
5. The oscillator device according to claim 1, further comprising an oscillation section in which the injection current is controlled to change the amplification factor in response to a control signal Sc for the switching element.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2006287765A (en) | 2005-04-04 | 2006-10-19 | Ricoh Co Ltd | Crystal oscillation circuit |
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004159105A (en) | 2002-11-06 | 2004-06-03 | Sharp Corp | Communication timing control method and communication module for synchronous communication system |
| JP2006287765A (en) | 2005-04-04 | 2006-10-19 | Ricoh Co Ltd | Crystal oscillation circuit |
| US20210185633A1 (en) | 2019-12-11 | 2021-06-17 | Canon Kabushiki Kaisha | Information processing apparatus, information processing method, and non-transitory computer-readable storage medium |
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