專(zhuān)利名稱：時(shí)鐘診斷電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對(duì)作為系統(tǒng)或電路的同步信號(hào)來(lái)使用的時(shí)鐘的時(shí)鐘周期、以及時(shí)鐘脈沖寬度的異常進(jìn)行診斷的時(shí)鐘診斷電路。
背景技術(shù)：
對(duì)裝置的制造者、供給者制定了國(guó)際電氣標(biāo)準(zhǔn)化會(huì)議的規(guī)格IEC61508 “電氣、電子、可編程電子安全關(guān)連系統(tǒng)的功能安全”，來(lái)作為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的功能安全規(guī)格。對(duì)于特定的產(chǎn)業(yè)用的功能安全系統(tǒng)，制定了對(duì)應(yīng)于特定用途的派生規(guī)格。例如，對(duì)于安全儀表系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者、集成者(integrator)、用戶制定了工序用應(yīng)用規(guī)格IEC61511。根據(jù)這些規(guī)格，對(duì)設(shè)計(jì)、維護(hù)、直到廢棄的系統(tǒng)的生命周期中的安全進(jìn)行評(píng)價(jià)，作為定量的評(píng)價(jià)尺度而制定了作為風(fēng)險(xiǎn)降低的要求級(jí)別的安全度水準(zhǔn)(SIL ;SafetyIntegrity Level)。根據(jù)這樣的背景，在安全儀表系統(tǒng)中，為了提高系統(tǒng)的安全性和可靠性，需要進(jìn)行時(shí)鐘的診斷。即，為了避免在控制裝置中使用的CPU、FPGA等的根據(jù)時(shí)鐘而進(jìn)行動(dòng)作的電路的誤動(dòng)作所導(dǎo)致系統(tǒng)成為異常狀態(tài)，需要對(duì)使用的時(shí)鐘進(jìn)行診斷。時(shí)鐘的異常由于時(shí)鐘振蕩電路的隨機(jī)故障、向時(shí)鐘電路提供電力的電源的電壓變動(dòng)、時(shí)鐘電路的周?chē)鷾囟鹊淖兓榷稹Ｒ虼?，需要在系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)中對(duì)時(shí)鐘進(jìn)行監(jiān)視，檢測(cè)異常的時(shí)鐘。通常，公知有比較兩個(gè)時(shí)鐘信號(hào)來(lái)檢測(cè)時(shí)鐘異常的方法(例如參考JP、P2008 -191924A)、使時(shí)鐘信號(hào)延遲I個(gè)時(shí)鐘周期來(lái)比較I個(gè)時(shí)鐘周期前的時(shí)鐘信號(hào)的波形和當(dāng)前的時(shí)鐘信號(hào)的波形的方法(例如參考JP、P1998 - 240374A)。上述的JP、P2008 - 191924A中，為了診斷兩個(gè)被冗余化后的系列的時(shí)鐘，比較兩
個(gè)系列的時(shí)鐘來(lái)診斷時(shí)鐘的異常。由于該方式需要兩個(gè)時(shí)鐘，因此無(wú)法應(yīng)用于僅使用單一的時(shí)鐘信號(hào)的系統(tǒng)。此外，上述的JP、P1998 - 240374A中，使一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)延遲I個(gè)時(shí)鐘周期來(lái)比較I個(gè)時(shí)鐘周期前的時(shí)鐘信號(hào)的波形和當(dāng)前的時(shí)鐘信號(hào)的波形。因此，在連續(xù)的兩個(gè)時(shí)鐘周期間，能夠檢測(cè)出時(shí)鐘周期及時(shí)鐘脈沖寬度的變化大的異常。但是，在兩個(gè)時(shí)鐘以上的周期出現(xiàn)變化的緩慢變動(dòng)的情況下，無(wú)法檢測(cè)出其異常。例如，在相鄰的時(shí)鐘周期間的變化微小且其變化逐步累積的情況下，難以檢測(cè)出異常。這里，將這樣的異常稱為“時(shí)鐘的累積性變動(dòng)”
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的課題在于，提供一種能夠利用單一的時(shí)鐘信號(hào)可靠地檢測(cè)時(shí)鐘周期及時(shí)鐘脈沖寬度的變動(dòng)的異常的時(shí)鐘診斷電路。為達(dá)到上述目的，本實(shí)施例的時(shí)鐘診斷電路是檢測(cè)時(shí)鐘的時(shí)鐘周期及時(shí)鐘脈沖寬度的變動(dòng)的異常的時(shí)鐘診斷電路。時(shí)鐘診斷電路具備:延遲電路，使上述時(shí)鐘延遲上述時(shí)鐘脈沖寬度以下的規(guī)定時(shí)間；整數(shù)倍延遲電路，使從上述延遲電路輸出的延遲時(shí)鐘延遲規(guī)定的周期數(shù)倍；第一“異”電路，利用上述延遲時(shí)鐘將上述時(shí)鐘編碼；第二“異”電路，利用上述整數(shù)倍延遲電路的輸出，將上述第一“異”電路的輸出解碼；以及比較電路，比較上述時(shí)鐘和上述第二 “異”電路的輸出，檢測(cè)上述時(shí)鐘的異常。根據(jù)上述結(jié)構(gòu)的時(shí)鐘診斷電路，能夠利用單一的時(shí)鐘信號(hào)，可靠地檢測(cè)時(shí)鐘周期及時(shí)鐘脈沖寬度的變動(dòng)的異常。


圖1A、圖1B表不第一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)圖及其時(shí)間圖。圖2A、圖2B表示比較電路的詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖及其時(shí)間圖。圖3A、圖3B表示比較電路的詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖及其時(shí)間圖。圖4表示時(shí)鐘脈沖的脈沖寬度減小時(shí)的時(shí)間圖。圖5表示時(shí)鐘脈沖的脈沖寬度增大時(shí)的時(shí)間圖。圖6表示時(shí)鐘脈沖的時(shí)鐘周期單次地變化時(shí)的時(shí)間圖。圖7表示時(shí)鐘周期累積地變動(dòng)時(shí)的時(shí)間圖。圖8表示第二實(shí)施方式的時(shí)鐘診斷電路的結(jié)構(gòu)圖。圖9表示第三實(shí)施方式的時(shí)鐘診斷電路的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式以下，參照附圖來(lái)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。(第一實(shí)施方式)參照?qǐng)D1A 圖7，說(shuō)明第一實(shí)施方式。首先，參照?qǐng)D1A及圖1B來(lái)說(shuō)明時(shí)鐘診斷電路的結(jié)構(gòu)。圖1A表示基于單一的時(shí)鐘SlO來(lái)檢測(cè)時(shí)鐘SlO的時(shí)鐘周期T1、時(shí)鐘脈沖寬度Pw的異常的時(shí)鐘診斷電路I。另外，時(shí)鐘脈沖的占空比(=Pw / Ti)為50%。圖1A中，時(shí)鐘診斷電路I具備延遲電路2、第一“異”電路4、整數(shù)倍延遲電路3、第二“異”電路5以及比較電路6。延遲電路2使時(shí)鐘SlO延遲時(shí)鐘脈沖寬度以下的規(guī)定的延遲時(shí)間Atd。第一“異”電路4利用從延遲電路2輸出的延遲時(shí)鐘sll將時(shí)鐘slO編碼。整數(shù)倍延遲電路3使延遲時(shí)鐘sll延遲規(guī)定的周期數(shù)倍。第二 “異”電路5利用整數(shù)倍延遲電路3的輸出sl3將第一 “異”電路4的輸出sl2解碼。比較電路6比較時(shí)鐘slO和第二 “異”電路5的輸出，檢測(cè)時(shí)鐘slO的異常。這樣構(gòu)成的時(shí)鐘診斷電路I的各部以比延遲時(shí)間Λ td短的時(shí)間進(jìn)行應(yīng)答。此外，輸入的時(shí)鐘slO的脈沖寬度比延遲時(shí)間Atd寬。接著，圖1B用時(shí)間圖表示這樣構(gòu)成的時(shí)鐘診斷電路I的動(dòng)作。圖1B表示時(shí)鐘周期Ti及時(shí)鐘脈沖寬度Pw沒(méi)有異常的情況下的動(dòng)作。由第一“異”電路4利用延遲時(shí)鐘Sll將時(shí)鐘slO編碼，從而時(shí)鐘slO成為編碼時(shí)鐘sl2。進(jìn)而，由第二“異”電路5利用I周期的整數(shù)倍延遲時(shí)鐘sl3將編碼時(shí)鐘sl2解碼，從而編碼時(shí)鐘sl2成為解碼時(shí)鐘sl4。由比較電路6比較時(shí)鐘slO和解碼時(shí)鐘sl4，判斷時(shí)鐘slO的異常。接著，說(shuō)明比較電路6的結(jié)構(gòu)。比較電路6如圖2A所示，由一個(gè)“異”電路構(gòu)成。如圖2B所示，在時(shí)鐘SlO的時(shí)鐘脈沖寬度存在相當(dāng)于延遲時(shí)間(Atd)的單次性(単発性)的擴(kuò)大的情況下，比較電路6輸出比較電路輸出sl5,該比較電路輸出sl5包含表示異常的脈沖Al、A2。此外，如圖3A所示，比較電路6還可以由半時(shí)鐘延遲電路7和“與”電路8構(gòu)成。半時(shí)鐘延遲電路7將時(shí)鐘 slO延遲半時(shí)鐘周期?！芭c”電路8求取半時(shí)鐘延遲電路7的輸出sl7和解碼時(shí)鐘sl4的邏輯積。例如，在時(shí)鐘SlO的時(shí)鐘脈沖寬度存在相當(dāng)于延遲時(shí)間(Λ td)的單次性的擴(kuò)大的情況下，如圖3B所示，比較電路6輸出比較電路輸出s 15，該比較電路輸出s 15包含表示異常的脈沖Al、A2、A3。接著，參照?qǐng)DΓ圖7的時(shí)間圖來(lái)說(shuō)明這樣構(gòu)成的時(shí)鐘診斷電路I的異常檢測(cè)的動(dòng)作例。另外，時(shí)鐘診斷電路I采用圖2A所示的比較電路6。如參照?qǐng)D1A、圖1B所說(shuō)明的那樣，在時(shí)鐘slO的異常判斷中，用延遲了延遲時(shí)間Atd后的延遲時(shí)鐘sll將進(jìn)行診斷的時(shí)鐘自身編碼，進(jìn)而，用例如延遲了 I個(gè)時(shí)鐘周期的解碼時(shí)鐘sl3將編碼時(shí)鐘sl2解碼。然后通過(guò)比較被解碼后的解碼時(shí)鐘sl4和輸入的時(shí)鐘slO來(lái)判斷異常。圖4表示時(shí)鐘SlO的時(shí)鐘周期Ti不變動(dòng)、時(shí)鐘脈沖寬度Pw單次地減少的情況下的異常檢測(cè)動(dòng)作。該情況下，比較電路6輸出比較電路輸出sl5，該比較電路輸出sl5包含表示異常的兩個(gè)脈沖Al、A2。圖5表示時(shí)鐘SlO的時(shí)鐘周期Ti不變動(dòng)、時(shí)鐘脈沖寬度Pw單次地增大的情況下的異常檢測(cè)動(dòng)作。該情況下，比較電路6也輸出比較電路輸出sl5，該比較電路輸出sl5包含表不異常的兩個(gè)脈沖A1、A2。接著，圖6表示時(shí)鐘slO的占空比單次地變化、時(shí)鐘周期Ti及時(shí)鐘脈沖寬度Pwi雙方減少的情況下的異常的檢測(cè)動(dòng)作。該情況下，如圖所示，比較電路6輸出比較電路輸出s15，該比較電路輸出s15包含表示異常的脈沖A1、A2、A3、A4。接著，參照?qǐng)D7，說(shuō)明時(shí)鐘周期Ti在延遲時(shí)間Atd以下一點(diǎn)一點(diǎn)累積地變動(dòng)的情況下的異常檢測(cè)動(dòng)作。該情況下，設(shè)定與發(fā)生能夠檢測(cè)的變動(dòng)的時(shí)間相當(dāng)?shù)闹底鳛檎麛?shù)倍延遲電路3的延遲整數(shù)值。圖7表示時(shí)鐘延遲了 3個(gè)時(shí)鐘周期的情況。缺省值Ti的時(shí)鐘周期以延遲時(shí)間Atd以下的脈沖寬度的量緩慢增大。例如，時(shí)鐘周期緩慢增大Atl、At2、...、Atn。如圖7所示，根據(jù)時(shí)鐘診斷電路I的電路系統(tǒng)的時(shí)間分辨率，即使時(shí)鐘周期的每I個(gè)周期的變動(dòng)在延遲時(shí)間Λ td以下也可檢測(cè)到異常。由于第二“異”電路5能夠?qū)⒗鄯e了變動(dòng)的時(shí)鐘解碼，因此比較電路6能夠更容易地檢測(cè)時(shí)鐘周期的變動(dòng)。圖7中，比較電路6輸出比較電路sl5，該比較電路sl5包含表示異常的脈沖 A1、A2、A3。
通常，存在稱作想要使異常的檢測(cè)限度一定的要求。該情況下，可以設(shè)置低通濾波電路，該低通濾波電路對(duì)比較電路6的輸出去除比相當(dāng)于延遲時(shí)間Atd的脈沖寬度窄的脈沖寬度的脈沖。由此，低通濾波電路能夠僅輸出比較電路6的輸出脈沖中的、一定寬度以上的脈沖寬度的脈沖。在這樣的結(jié)構(gòu)中，通過(guò)整數(shù)倍延遲電路和低通濾波電路，能夠以一定的靈敏度來(lái)檢測(cè)脈沖寬度的變動(dòng)異常。如以上所說(shuō)明的那樣，根據(jù)本實(shí)施方式，能夠提供一種能夠利用單一的時(shí)鐘信號(hào)、可靠地檢測(cè)時(shí)鐘周期及時(shí)鐘脈沖寬度的變動(dòng)的異常的時(shí)鐘診斷電路。此外，在JP、P1998 一 240374A所記載的方式的情況下，由于僅進(jìn)行時(shí)鐘與將該時(shí)鐘延遲的延遲電路的輸出之間的比較，因此在脈沖寬度的變動(dòng)小的情況下，異常檢測(cè)能力有可能產(chǎn)生偏差。但是，根據(jù)本實(shí)施方式，能夠提供異常檢測(cè)能力沒(méi)有偏差的時(shí)鐘診斷電路。(第二實(shí)施方式)參照?qǐng)D8說(shuō)明第二實(shí)施方式。對(duì)于第二實(shí)施方式的各部，對(duì)與第一實(shí)施方式的時(shí)鐘診斷電路相同的部分用相同符號(hào)表示，省略其說(shuō)明。在第一實(shí)施方式中，用于檢測(cè)時(shí)鐘周期的累積變動(dòng)的整數(shù)倍延遲電路3能夠設(shè)定一個(gè)周期數(shù)。第二實(shí)施方式中具備多個(gè)時(shí)鐘診斷電路1，還具備求取各時(shí)鐘診斷電路的輸出的邏輯和的耦合電路9、和使檢測(cè)靈敏度一定的濾波電路9a。時(shí)鐘診斷電路I的整數(shù)倍延遲電路3能夠分別設(shè)定互不相同的延遲周期，并按每個(gè)時(shí)鐘診斷電路將延遲時(shí)鐘延遲不同的周期數(shù)。根據(jù)第二實(shí)施方式，能夠利用單一的時(shí)鐘信號(hào)可靠地檢測(cè)時(shí)鐘周期及時(shí)鐘脈沖寬度的變動(dòng)的異常。此外，根據(jù)第二實(shí)施方式，能夠檢測(cè)多個(gè)時(shí)鐘周期中的變動(dòng)，能夠迅速檢測(cè)累積的時(shí)鐘周期的變動(dòng)。(第三實(shí)施方式)參照?qǐng)D9說(shuō)明第三實(shí)施方式。對(duì)于第三實(shí)施方式的各部，對(duì)與第二實(shí)施方式的時(shí)鐘診斷電路相同的部分用相同的符號(hào)表示，省略其說(shuō)明。由于采用能夠設(shè)定多個(gè)延遲周期的結(jié)構(gòu)，因此第二實(shí)施方式具備多個(gè)時(shí)鐘診斷電路I。第三實(shí)施方式中，分別具備多個(gè)第二整數(shù)倍延遲電路3a、第三“異”電路5a以及第二比較電路6a。多個(gè)第二整數(shù)倍延遲電路所延遲的延遲信號(hào)sll的延遲周期數(shù)不同于第一整數(shù)倍延遲電路3所延遲的延遲信號(hào)sll的延遲周期數(shù)。此外，多個(gè)第二整數(shù)倍延遲電路所延遲的延遲信號(hào)sll的延遲周期數(shù)互不相同。并且，各個(gè)比較電路6、6a的輸出被輸入到求取各輸出的邏輯和的耦合電路9，此夕卜，在耦合電路9的輸出上具備未圖示的低通濾波電路。根據(jù)第三實(shí)施方式，能夠利用單一的時(shí)鐘信號(hào)可靠地檢測(cè)時(shí)鐘周期及時(shí)鐘脈沖寬度的變動(dòng)的異常。此外，根據(jù)第三實(shí)施方式，能夠檢測(cè)多個(gè)時(shí)鐘周期中的變動(dòng)，能夠迅速檢測(cè)累積的時(shí)鐘周期的變動(dòng)。此外，與第二實(shí)施方式相比，在第三實(shí)施方式中，延遲電路2及第一 “異”電路4可以分別是I個(gè)電路，能夠緊湊地形成時(shí)鐘診斷電路。根據(jù)以上所述的至少一個(gè)實(shí)施方式的時(shí)鐘診斷電路，能夠利用單一的時(shí)鐘信號(hào)可靠地檢測(cè)時(shí)鐘周期及時(shí)鐘脈沖寬度的變動(dòng)的異常。
說(shuō)明了本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施方式，但這些實(shí)施方式是作為例子而提出的，并不意圖限定發(fā)明的范圍。這些新的實(shí)施方式能夠以其他各種形態(tài)實(shí)施，在不脫離發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)，能夠進(jìn)行各種省略、替換和變更。這些實(shí)施方式及其變形包含在發(fā)明的范圍及主旨中，并且包含在權(quán)利要求所記載的發(fā)明及與其等同的范圍中。
權(quán)利要求
1.一種時(shí)鐘診斷電路，檢測(cè)時(shí)鐘的時(shí)鐘周期及時(shí)鐘脈沖寬度的變動(dòng)的異常，該時(shí)鐘診斷電路具備: 延遲電路，使上述時(shí)鐘延遲上述時(shí)鐘脈沖寬度以下的規(guī)定時(shí)間； 整數(shù)倍延遲電路，使從上述延遲電路輸出的延遲時(shí)鐘延遲規(guī)定的周期數(shù)倍； 第一“異，，電路，利用上述延遲時(shí)鐘將上述時(shí)鐘編碼； 第二“異”電路，利用上述整數(shù)倍延遲電路的輸出，將上述第一“異”電路的輸出解碼；以及 比較電路，比較上述時(shí)鐘和上述第二 “異”電路的輸出，檢測(cè)上述時(shí)鐘的異常。
2.如權(quán)利要求1所述的時(shí)鐘診斷電路，其中， 還具備與上述比較電路的輸出側(cè)連接的濾波電路。
3.如權(quán)利要求1所述的時(shí)鐘診斷電路，其中， 上述比較電路具備求取上述時(shí)鐘和上述第二“異”電路的輸出之間的“異或”的“異”電路。
4.如權(quán)利要求1所述的時(shí)鐘診斷電路,其中， 上述比較電路具備: 半時(shí)鐘延遲電路，使上述時(shí)鐘延遲半周期；以及 “與”電路，求取上述半時(shí)鐘延遲電路的輸出和上述第二“異”電路的輸出之間的邏輯積。
5.—種時(shí)鐘診斷電路，具備: 多個(gè)如權(quán)利要求1所述的時(shí)鐘診斷電路；以及 耦合電路，求取多個(gè)上述時(shí)鐘診斷電路的輸出的邏輯和； 上述時(shí)鐘診斷電路的上述整數(shù)倍延遲電路按每個(gè)上述時(shí)鐘診斷電路將上述延遲時(shí)鐘延遲不同的周期數(shù)。
6.一種時(shí)鐘診斷電路，檢測(cè)時(shí)鐘的時(shí)鐘周期及時(shí)鐘脈沖寬度的變動(dòng)的異常，該時(shí)鐘診斷電路具有: 延遲電路，使上述時(shí)鐘延遲預(yù)先設(shè)定的上述時(shí)鐘脈沖寬度以上的規(guī)定時(shí)間； 第一整數(shù)倍延遲電路，使從上述延遲電路輸出的延遲時(shí)鐘延遲規(guī)定的周期數(shù)倍； 第一“異，，電路，利用上述延遲時(shí)鐘將上述時(shí)鐘編碼； 第二“異”電路，利用上述第一整數(shù)倍延遲電路的輸出，將上述第一“異”電路的輸出解碼； 第一比較電路，比較上述時(shí)鐘和上述第二“異”電路的輸出，檢測(cè)上述時(shí)鐘的異常；多個(gè)第二整數(shù)倍延遲電路，使上述延遲時(shí)鐘延遲與上述第一整數(shù)倍延遲電路將上述延遲時(shí)鐘延遲的時(shí)鐘的周期數(shù)不同、且互不相同的時(shí)鐘周期數(shù)的量； 多個(gè)第三“異”電路，利用多個(gè)上述第二整數(shù)倍延遲電路的輸出中的各個(gè)輸出，將上述第一“異”電路的輸出解碼； 多個(gè)第二比較電路，比較上述時(shí)鐘和多個(gè)上述第三“異”電路的各個(gè)的輸出；以及 耦合電路，求取上述第一比較電路的輸出以及上述多個(gè)比較電路的輸出的邏輯和。
7.如權(quán)利要求5或6所述的時(shí)鐘診斷電路，其中， 還在上述耦合電路的輸出側(cè)具備濾波電路。
全文摘要
一種時(shí)鐘診斷電路，具備延遲電路，使時(shí)鐘延遲時(shí)鐘脈沖寬度以下的規(guī)定時(shí)間；整數(shù)倍延遲電路，使從延遲電路輸出的延遲時(shí)鐘延遲規(guī)定的周期數(shù)倍；第一“異”電路，利用延遲時(shí)鐘將時(shí)鐘編碼；第二“異”電路，利用整數(shù)倍延遲電路的輸出將第一“異”電路的輸出解碼；以及比較電路，比較時(shí)鐘和第二“異”電路的輸出，檢測(cè)時(shí)鐘的異常。
文檔編號(hào)H03K5/125GK103208979SQ20121036571
公開(kāi)日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2012年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月29日
發(fā)明者大西直哉, 中谷博司, 鮫田芳富, 竹原潤(rùn), 登古誠(chéng) 申請(qǐng)人:株式會(huì)社東芝