LSI製品の基準クロック精度について

当社製パルスジェネレーターLSI製品は、外部から基準クロックを入力していただく必要があり、一般的には水晶発振器をご使用いただいております。

今回は水晶発振器の周波数精度が、パルスジェネレーターから出力されるパルス列速度精度に与える影響についてお話します。

水晶発振器は周波数精度が高い発振器ですが、クロック生成用に使用されている発振器の周波数許容偏差は50～100ppm程度が多いようです。
単位がppmだと、かなり高精度に感じてしまいますがPCLへの影響を確認してみました。

PCL6045BLのユーザーズマニュアルには、基準クロック周波数の標準値として19.6608MHzと記載しています。
この周波数で許容偏差100ppmの発振器を使用した場合の発振周波数は、19.6608MHz±0.00197MHz(19.6588MHz～19.6628MHz)の範囲になります。

PCLから出力するパルス列は基準クロックを分周して生成していますので、出力パルス列の速度誤差も100ppmとなります。
例えば、PCLに速度100Kppsを指定しても現実には99,990pps～100,010ppsの範囲になります。
 
この事から、複数のPCLをボードに実装した場合、別々の水晶発振器から基準クロックを供給すると、同一周波数の水晶発振器を使用して、
PCLの速度設定を同一にしても速度差が発生することになりますのでご注意ください。

Motionnetで使用するパルスジェネレーターLSIとして1軸制御用のG9103があり、
G9103を内蔵した製品として、1軸制御用のモーションコネクターがあります。

モーションコネクターにはG9103と水晶発振器を内蔵していますので、モーションコネクターを複数個使用して多軸の制御を行なう場合には、前記の水晶発振器の周波数許容偏差の問題が発生してしまいます。

しかし、G9103にはこの問題を回避する機能を組み込んでいますので、ご安心ください。
G9103ではMotionnet通信により、複数のG9103のパルス列生成用クロック周波数を同期させる機能を内蔵しておりますので、
水晶発振器の周波数誤差を吸収することができます。

また、この同期化回路により、周囲温度の変化などによりどれかの水晶発振器の周波数が多少変動しても、全てのG9103の出力パルス速度を同一にすることができます。

なお、モーションコネクターにはG9003を使用した機種もありますが、G9003には同期化機能はありません。