高岡智則
年齢：33歳 性別：男性 職業：Webディレクター（兼ライティング・SNS運用担当） 居住地：東京都杉並区・永福町の1LDKマンション 出身地：神奈川県川崎市 身長：176cm 体系：細身〜普通（最近ちょっとお腹が気になる） 血液型：A型 誕生日：1992年11月20日 最終学歴：明治大学・情報コミュニケーション学部卒 通勤：京王井の頭線で渋谷まで（通勤20分） 家族構成：一人暮らし、実家には両親と2歳下の妹 恋愛事情：独身。彼女は2年いない（本人は「忙しいだけ」と言い張る）
クロック分周・とは？初心者でも分かる基本と仕組みをやさしく解説
デジタル回路で使われる基本的な言葉の一つが クロック分周 です。この記事では長い専門用語を避け、やさしく仕組みと使い道を説明します。
クロック とは回路の動作を決めるリズム信号のことです。テレビやパソコンの心臓のように、回路の「いつ動くか」を決めます。
分周 とは入力されたクロックの周波数を一定の比率で落とすことを指します。つまり、波の山と谷の回数を減らして、遅い動作を作ります。
なぜ分周が必要なのでしょうか。高い周波数の信号をそのまま使うと、部品が追いつけなかったり、信号の品質が下がったりします。そこで 分周回路 を挟んで、必要な速度に合わせた信号を作ります。
基本的な仕組み
分周の基本的な道具には Dフリップフロップ や カウンター があります。Dフリップフロップは入力の信号を次のタイミングで取り出す装置です。これを組み合わせると、入力の回数を半分にでき、2分周 となります。
2分周と4分周の例
2分周の例では、入力が1秒に1回のとき、出力は0.5秒ごとに切り替わる波形になります。4分周では出力がさらに遅くなり、出力周波数は入力周波数の4分の1になります。
| 分周比 | 出力頻度の変化 | 説明 |
|---|---|---|
| 2 | 半分 | 基本的な分周。波形の山と谷を1つ半分にします。 |
| 4 | 4分の1 | 2段の分周を組み合わせた例です。より遅い信号が得られます。 |
| 8 | 8分の1 | さらに多段で複雑なタイミングを作れます。 |
実際の使い道
マイコンの周辺機器や通信のとき、正確さと安定性を保つために分周が使われます。たとえば、時計を低速化してセンサーの読み取りやデータ転送を安定させることができます。
注意点
分周を組み合わせると、出力波形の立ち上がり時間が短くなり、ノイズや誤動作の原因になることがあります。設計時には 位相関係 や スキュー に注意し、必要に応じて緩和します。
まとめ
クロック分周はデジタル回路でとても大切な基本技術です。分周比を上手に選ぶことで、目的のタイミングを作り出すことができます。たとえば CPU の周辺回路やマイコンの周辺機器で、速すぎる時計を適切な速さに落として使います。
クロック分周の同意語
- クロック分周
- 入力されたクロック信号を整数の比で分割して、出力周波数を下げる回路・操作のこと。
- 分周
- クロック信号を一定の整数比で分割すること。デジタル回路で周波数を下げたり、タイミングをそろえるのに使う基本用語。
- 周波数分割
- 信号の周波数を小さな周波数へ分割すること。分周を含む広い周波数変換の一種。
- 分周回路
- クロック信号をN分周する機能を持つ回路。出力は入力の周波数をNで割った値になることが多い。
- 分周器
- 分周機能を搭載した部品・デバイス。外部のクロックを希望の周波数へ分周して出力する装置。
- 整数分周
- 分周が整数Nで行われること。出力周波数は入力周波数をNで割った値になる分周の典型例。
- クロックディバイダ
- Clock divider の日本語表現。クロック信号をNで分周する回路・デバイスを指す用語。
- クロック分周回路
- クロック信号を分周する機能を持つ回路。
- 時計分割
- 時計信号（クロック）を分割して出力周波数を下げる操作。日常的な表現として使われることもある。
- 時計分周回路
- 時計信号を分周する回路。周波数を下げる目的の設計要素。
- 時計分割回路
- 時計信号を分割して希望の周波数を得る回路の表現。
- 周波数分割器
- 周波数を分割して出力周波数を下げる機能を持つデバイス・回路の表現。
- 分周機構
- 分周を実現する仕組み全般。回路内でN分周を実現する構造・動作の総称。
クロック分周の対義語・反対語
- クロック乗算
- 入力クロックの周波数を上げる操作。PLLやVCOなどを使い、出力周波数を基準周波数より高く設定する手法。分周が周波数を下げる方向なのに対し、乗算は上げる方向です。
- 周波数の倍化
- 周波数を整数倍（例: 2倍、4倍）に増やすこと。分周の反対の考え方で、出力周波数を基準より大きくします。
- クロック生成
- 新しいクロック信号を作り出すこと。元のクロックを適切な方法で変換して、別の周波数のクロックを得る広義の概念。
- PLLを用いた周波数上昇
- 位相同期回路(PLL)を使って基準クロックより高い周波数の出力を得る具体的な方法。分周と組み合わせて任意の出力周波数を作ることも多い。
- 周波数の上昇
- 全般に周波数を上げる行為。厳密には手法を指すわけではないが、分周の逆の理解として用いられる表現。
- クロック倍周
- クロックの周波数を整数倍にすること。実務で周波数の倍化を指す口語表現として使われることがある。
クロック分周の共起語
- クロック信号
- デジタル回路の動作リズムを決める周期的な波形。回路全体のタイミングを合わせる基準となる信号です。
- 基準クロック
- システム全体の時計の基準となる安定した周波数の信号源。PLLや分周設計の基本となります。
- 発振器（オシレータ）
- 基準クロックを作り出す部品。晶振（クォーツ振動子）やRC発振などがあり、クロックの源となります。
- 分周比
- 分周器が入力信号を何分の1にするかを示す比率。例: 8分周なら出力は入力の1/8の周波数です。
- 分周器
- 入力クロックを設定された分周比で低周波の信号に変える回路。
- クロック配布網 / クロック分配
- 複数の回路に同じ基準クロックを配る設計。信号のタイミングを揃える目的で使われます。
- プリスケーラ
- タイマーなどの前段で使われる分周機構。入力クロックを先に分周してから、さらに分周を行うことがあります。
- PLL（位相同期回路）
- 基準周波数を安定させ、必要な周波数へ変換する回路。分周はPLLの周波数合成部分として用いられます。
- PLL分周
- PLL内部でVCO周波数を調整するための分周機構。PLLの出力周波数を決定する役割を果たします。
- カウンタ
- 分周器の基本要素。クロックを一定数カウントして、条件を満たしたら出力を切替えます。
- デコーダ / エンコーダ
- 分周回路を実装する際に使われる論理素子の機能。入力パターンを別の出力に対応させます。
- デジタル回路
- クロック分周器を含む、0と1のビットで動く電子回路全般の総称。
- 論理ゲート
- 分周器の基本部品となるAND/OR/NOTなどの回路。分周機構を組み立てるために使われます。
- 周波数合成
- 新しい周波数を作る技術の総称。発振器・PLL・分周を組み合わせて目的の周波数を得ます。
- 周波数安定性
- 出力周波数が時間とともにどれだけ安定しているかの特性。温度変化や電源変動の影響を受けます。
- ジッター / 位相ノイズ
- クロック信号のタイミングのばらつき。分周・配布設計の品質が影響します。
- 可変分周
- 分周比を動的に変更できる機能。モード切替や動的クロック調整に使われます。
- 固定分周
- 分周比が固定で変更できないタイプ。安定性を重視する場面で用いられます。
- タイマー
- 一定間隔のイベントを発生させる機能。分周後のクロックを入力にして動作することが多いです。
クロック分周の関連用語
- クロック分周
- 入力クロックの周波数を、分周比と呼ばれる整数比で低くする回路・機能。例として、N分周なら出力は入力をNで割った周波数になる。
- 分周比
- 分周器が入力信号を何分の一にするかを表す比率。N分周なら出力は入力周波数をNで割った値になる。
- 分周器
- クロック信号を一定の比率で分割する回路。タイマー、PLL、デジタル回路の基本部品。
- 分周回路
- 分周器の別称。クロックを所望の周波数に分割する機能を持つ回路。
- プリスケーラー
- PLLやタイマーの前段に置かれる分周器で、事前に小さな分周を行い後段の分周と組み合わせて大きな分周を実現する部品。
- ディバイダ
- 分周器の別名。入力クロックを一定比率で分割する回路。
- プログラマブル分周
- 分周比を設定で変更できる分周器。用途に応じて周波数を柔軟に調整できる。
- プログラマブルプリスケーラー
- PLLなどで用いられる、プログラム可能な前段の分周器。
- PLL（位相同期ループ）
- 入力クロックを基準にして出力周波数を安定させる周波数合成回路。VCOを含み、位相をループ内で合わせる。
- VCO（電圧制御発振器）
- PLL内部の発振器。制御電圧により振動周波数を決定する。
- 基準クロック
- PLLや回路全体の参照となる安定した周波数の発振源。
- マスタークロック
- システム全体の基礎となる主時計。CPUや周辺機器の時刻基準。
- システムクロック
- システム内で広く使われる主なクロック信号。マスタークロックと同義で使われることが多い。
- 発振器
- 周期的な信号を作る装置。オシレータとも呼ばれ、クロック源として機能する。
- 水晶発振子
- 水晶を用いて高い周波数安定性を実現する発振源。標準的な基準クロックとして広く使われる。
- RC発振器
- 抵抗とコンデンサで作る簡易な発振源。コストは低いが温度変化などに弱い。
- 基準周波数
- 設計の基準となる周波数。PLLやタイマーの起点として用いられる。
- クロックツリー
- クロック信号を階層的に分配する配線網。各部に適切な周波数・位相を届ける。
- クロックディストリビューション
- クロックを回路群へ分配・配布する機能。
- クロックゲーティング
- 不要な回路のクロック信号を止めて電力を節約する技術。
- クロックドメイン
- 同じクロック信号で動作する回路群の領域。複数のドメイン間での同期は難しい。
- クロックドメイン境界
- 異なるクロックドメイン間で信号を渡す際の問題点・設計ポイント。
- 同期分周
- 入力クロックと同期して動作する分周方式。
- 非同期分周
- 入力クロックと独立して出力が分周される方式。
- 階層的分周
- 複数の分周器を階層的に接続して、所望の分周比を実現する設計法。
- N分周
- Nを分周比とする分周。Nは整数であることが多い。
- 周波数合成
- 複数の周波数を組み合わせて目的の周波数を作る技術。PLLが代表例。
- ジッター
- クロック信号の周期・位相の時間的揺らぎ。高精度設計では抑制が重要。
- クロックスキュー
- 複数の出力地点で到達時間に差が生じる現象。
- サンプリング周波数
- ADCなどで信号をサンプリングする際の周波数。分周によって生成されることが多い。
- 位相差/位相ズレ
- 複数のクロック間の位相の違い。同期設計で重要な要素。
- 水晶発振基準の安定性
- 温度や製造ばらつきによる周波数の変動を抑える指標。
- プログラマブルディバイダ
- プログラム可能な分周器。出力分周比を設定で変更できる。
- デューティサイクル/デューティ比
- 波形の高電状態の割合。PWMなどで重要だが、分周自体の指標ではない。
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