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【発明の名称】 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
【発明者】 【氏名】平山 里絵

【氏名】田中 和幸

【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。
【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
【出願人】 【識別番号】000006747
【氏名又は名称】株式会社リコー
【出願日】 平成18年9月26日(2006.9.26)
【代理人】 【識別番号】100102587
【弁理士】
【氏名又は名称】渡邉 昌幸

【識別番号】100077274
【弁理士】
【氏名又は名称】磯村 雅俊


【公開番号】 特開2008−85414(P2008−85414A)
【公開日】 平成20年4月10日(2008.4.10)
【出願番号】 特願2006−259969(P2006−259969)