クロック・データ再生回路及び再生方法並びに局側装置
【課題】バースト信号間の無信号区間に入ったとき、一時的に参照クロック信号と周波数が大きくずれるという現象の発生を防止することができるクロック・データ再生回路及び再生方法並びに当該再生回路を用いた局側装置を提供する。
【解決手段】周波数逓倍部１１０により、参照クロック信号の周波数をデータ信号相当の周波数に逓倍して逓倍クロック信号とする他、入力選択部１１１を用いて入力を選択する。すなわち、データ信号としてのバースト信号が入力されているときは、入力されたバースト信号と位相が同期するように再生クロック信号を生成し、バースト信号が入力されていないときは逓倍クロック信号と位相が同期するように再生クロック信号を生成する。
【解決手段】周波数逓倍部１１０により、参照クロック信号の周波数をデータ信号相当の周波数に逓倍して逓倍クロック信号とする他、入力選択部１１１を用いて入力を選択する。すなわち、データ信号としてのバースト信号が入力されているときは、入力されたバースト信号と位相が同期するように再生クロック信号を生成し、バースト信号が入力されていないときは逓倍クロック信号と位相が同期するように再生クロック信号を生成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、局側装置と複数の宅側装置とが互いに光ファイバで結ばれるＰＯＮ（ Passive Optical Network ）システムにおける、上りバースト信号の受信側である局側装置内で好適に使用可能な、クロック・データ再生（ CDR: Clock and Data Recovery ）回路及び再生方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に使用されているＰＬＬ方式のクロック・データ再生回路では、アレキサンダー位相比較器等の位相比較器を用いて、入力データ信号と電圧制御型発振器（ＶＣＯ）の発振するクロック信号との位相比較を行い、双方の位相が等しくなるように電圧制御型発振器の制御電圧をフィードバック制御する（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
しかし、入力データ信号と、電圧制御型発振器の出力との位相差が±１８０度を超えると、位相比較器では正常な位相比較ができない。そこで、電圧制御型発振器の発振周波数を、予め入力データ信号の周波数に近い値に初期化しておく必要がある。例えば、位相周波数比較器を用いたフィードバックループを別に設け、電圧制御型発振器の発信周波数を参照クロック信号の周波数に初期化しておくことが考えられる（例えば、特願２００８−２７６５２参照。）。
【０００４】
位相周波数比較器はクロック信号に合わせて動作可能であり、広い同期範囲を有している。例えば電圧制御型発振器の起動時に、発振周波数と入力データ信号の周波数とが互いに大きく異なる場合に、発振周波数を参照クロック信号に同期させることで、初期化を行うことができる。なお、位相周波数比較器は高速（例えば１０ＧＨｚ）動作に難があるため、分周して得た分周クロック信号の周波数を参照クロック信号の周波数と比較することが好ましい。この分周比は、例えば１／６４という大きな比となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−３４９６２７号公報（図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のような従来のクロック・データ再生回路でバースト信号を受信する場合、バースト信号間の無信号区間では、電圧制御型発振器の発振周波数が、次に来るバースト信号の周波数から大きく外れないように、分周クロック信号の周波数を参照クロック信号の周波数に合わせておく必要がある。しかしながら、分周比を大きくすると、分周クロック信号と参照クロック信号とで周波数が同じであっても、位相が大きく異なることがあった。
【０００７】
位相が大きく異なると、その差を無くそうとして、電圧制御型発振器の発振周波数が大きく変化し、一時的に参照クロック信号の周波数から大きく外れる。従って、再び電圧制御型発振器の発振周波数が参照クロック信号と同期して安定するまでに長い時間が必要となる。そのため、バースト信号間の無信号区間を長く確保しないと、次のバースト信号が受信できないという問題点があった。
【０００８】
かかる従来の問題点に鑑み、本発明は、バースト信号間の無信号区間に入ったとき、一時的に参照クロック信号と周波数が大きくずれるという現象の発生を防止することができるクロック・データ再生回路及び再生方法並びに当該再生回路を用いた局側装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）本発明は、入力されたデータ信号に基づいてクロック信号及びデータ信号を再生するクロック・データ再生回路であって、
入力された信号と位相が同期するように再生クロック信号を生成する再生クロック信号生成手段と、参照クロック信号の周波数をデータ信号相当の周波数に逓倍して逓倍クロック信号を生成する周波数逓倍部と、前記データ信号としてのバースト信号が入力されているときは当該バースト信号を前記再生クロック信号生成手段に入力として与え、バースト信号が入力されていないときは前記逓倍クロック信号を前記再生クロック信号生成手段に入力として与える入力選択部とを備えたものである。
【００１０】
上記のように構成されたクロック・データ再生回路では、バースト信号が入力されているときは当該バースト信号が再生クロック信号生成手段に入力として与えられ、再生クロック信号が生成される。一方、バースト信号が入力されていないときは、参照クロック信号の周波数を逓倍した逓倍クロック信号と再生クロック信号との位相同期を図るので、再生クロック信号を分周して参照クロック信号に初期化するという分周を用いた処理をしなくてよい。すなわち、分周に起因して発生しやすい、再生クロック信号の周波数が一時的に大きくずれるという現象の発生を防止することができる。
【００１１】
（２）一方、他の視点からの本発明は、入力されたデータ信号に基づいてクロック信号及びデータ信号を再生するクロック・データ再生回路であって、
位相比較器を含み、入力された信号と位相が同期するように再生クロック信号を生成する再生クロック信号生成手段と、位相周波数比較器を含み、出力信号となるべき再生クロック信号を分周して得た分周クロック信号の周波数が参照クロック信号の周波数に近づくように再生クロック信号を生成する再生クロック信号初期化手段と、前記参照クロック信号の周波数をデータ信号相当の周波数に逓倍して逓倍クロック信号を生成する周波数逓倍部と、前記再生クロック信号の周波数が所定範囲外にあるときは前記再生クロック信号初期化手段により再生クロック信号を生成させ、前記再生クロック信号の周波数が所定範囲内にあるときは前記再生クロック信号生成手段により再生クロック信号を生成させる切替制御部と、前記再生クロック信号の周波数が所定範囲内にあって前記データ信号としてのバースト信号が入力されている状態では当該バースト信号を前記再生クロック信号生成手段に入力として与え、前記再生クロック信号の周波数が所定範囲内にあってバースト信号が入力されていない状態では前記逓倍クロック信号を前記再生クロック信号生成手段に入力として与える入力選択部とを備えたものである。
【００１２】
上記のように構成されたクロック・データ再生回路では、バースト信号が入力されているときは当該バースト信号が再生クロック信号生成手段に入力として与えられ、再生クロック信号が生成される。一方、バースト信号が入力されていないときは、参照クロック信号の周波数を逓倍した逓倍クロック信号と再生クロック信号との位相同期を図るので、再生クロック信号を分周して参照クロック信号に初期化するという分周を用いた処理をしなくてよい。すなわち、分周に起因して発生しやすい、再生クロック信号の周波数が一時的に大きくずれるという現象の発生を防止することができる。一方、起動時等で、再生クロック信号の周波数が、本来の周波数より大きくずれている場合には、再生クロック信号初期化手段を動作させ、同期範囲の広い位相周波数比較器を活用することができる。
【００１３】
（３）また、上記クロック・データ再生回路において、データ信号相当の周波数とは、データ信号が１／０交番信号であるとしたときの周波数であることが好ましい。
この場合、エッジ数（１／０変化）が多く確保されるので、迅速な同期が可能になる。
【００１４】
（４）また、上記（２）、（３）のクロック・データ再生回路は、再生クロック信号を出力する電圧制御型発振器と、再生クロック信号の周波数を監視するモニタ部とを備えたものであってもよい。
この場合、起動直後等で、電圧制御型発振器の出力する再生クロック信号の周波数が安定しない状態を、モニタ部によって検出することができる。また、モニタ部で周波数がずれた異常なバースト信号の受信を検出した場合には、再生クロック信号の周波数が所定範囲から外れる前にバースト信号への位相同期を中断し、逓倍クロックへの位相同期に切り替えることで、電圧制御型発振器の発振周波数を安定させ、次に来る正常なバースト信号を確実に受信することができる。
【００１５】
（５）また、上記（２）、（３）のクロック・データ再生回路は、再生クロック信号を出力する電圧制御型発振器と、電圧制御型発振器の制御電圧を監視するモニタ部とを備えたものであってもよい。
この場合、起動直後等で、電圧制御型発振器の出力する再生クロック信号の周波数が安定しない状態を、モニタ部によって検出することができる。また、再生クロック信号の周波数と対応した制御電圧の監視により、簡易に、再生クロック信号の周波数を概ね等価的に監視することができる。また、発振周波数を調べるのに再生クロックをカウントする場合と比べると、高速に、発振周波数を検出することができる。
【００１６】
（６）一方、本発明は、光ファイバを介して複数の宅側装置と接続され、当該宅側装置が送信したデータ信号に基づいてクロック信号及びデータ信号を再生する局側装置であって、上記（１）〜（５）のいずれかに記載のクロック・データ再生回路を備えたものでもある。
この場合、局側装置において再生クロック信号を生成するに当たって、一時的に周波数が大きくずれるという現象の発生を防止することができるので、再生クロック信号は迅速に安定し、確実に次のバースト信号を受信することができる。
【００１７】
（７）また、本発明は、入力されたデータ信号に基づいてクロック信号及びデータ信号を再生するクロック・データ再生方法であって、
参照クロック信号の周波数をデータ信号相当の周波数に逓倍して逓倍クロック信号を生成し、前記データ信号としてのバースト信号が入力されているときは当該バースト信号と位相が同期するように再生クロック信号を生成し、バースト信号が入力されていないときは前記逓倍クロック信号と位相が同期するように再生クロック信号を生成することを特徴とする。
【００１８】
上記のようなクロック・データ再生方法では、バースト信号が入力されているときは当該バースト信号と位相が同期するように再生クロック信号が生成される。一方、バースト信号が入力されていないときは、参照クロック信号の周波数を逓倍した逓倍クロック信号と再生クロック信号との位相同期を図るので、再生クロック信号を分周して参照クロック信号に初期化するという分周を用いた処理をしなくてよい。すなわち、分周に起因して発生しやすい、再生クロック信号の周波数が一時的に大きくずれるという現象の発生を防止することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のクロック・データ再生回路及び再生方法によれば、バースト信号の無信号区間に入ったとき、再生クロック信号の周波数が一時的に大きくずれるという現象の発生を防止することができる。その結果として再生クロック信号は迅速に安定し、確実に次のバースト信号を受信することができる。また、かかるクロック・データ再生回路を含む局側装置は、宅側装置からの上りバースト信号を確実に受信することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る局側装置を含む、ＰＯＮシステムの概略構成図である。
【図２】局側装置のＰＯＮ側受信部の内部構成を示すブロック図である。
【図３】バースト信号及び切替信号を示す図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係るクロック・データ再生回路の内部構成を示すブロック図である。
【図５】位相比較器の一例として、アレキサンダータイプの位相比較器を示す回路図である。
【図６】位相周波数比較器の一例を示す回路図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係るクロック・データ再生回路の内部構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の第３実施形態に係るクロック・データ再生回路の内部構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
《ＰＯＮシステムの全体構成》
図１は、本発明の一実施形態に係る局側装置を含む、ＰＯＮシステムの概略構成図である。
図において、局側装置１は複数の宅側装置２に対する集約局として設置され、宅側装置２はそれぞれＰＯＮシステムの加入者宅に設置されている。
局側装置１に接続された伝送路である１本の光ファイバ３（幹線）は光カプラ４を介して複数の光ファイバ（支線）５に分岐しており、分岐した各光ファイバ５の終端に、それぞれ宅側装置２が接続されている。
【００２２】
局側装置１はさらに、上位ネットワーク６と接続され、宅側装置２はそれぞれのユーザネットワーク７と接続されている。
なお、図１では３個の宅側装置２を示しているが、１つの光カプラ４から例えば３２分岐して３２個の宅側装置を接続することが可能である。また、図１では、光カプラ４を１個だけ使用しているが、光カプラを縦列に複数段設けることにより、さらに多くの宅側装置２を局側装置１と接続することができる。
【００２３】
図１において、各宅側装置２から局側装置１への上り方向には、波長λｕの光信号が送信される。逆に、局側装置１から宅側装置２への下り方向には、波長λｄの光信号が送信される。例えば、ＰＯＮの一種であるＧＥ−ＰＯＮの規格として、ＩＥＥＥ規格８０２．３ａｈ−２００４のＣｌａｕｓｅ６０があり、この場合、これら上り方向及び下り方向の波長λｕ及びλｄは、以下の範囲の値とすることができる。
１２６０ｎｍ≦λｕ≦１３６０ｎｍ
１４８０ｎｍ≦λｄ≦１５００ｎｍ
【００２４】
また、本実施形態では、光信号における上り方向通信の伝送レートＲｕ［Ｇｂｐｓ］が１種類の場合を想定しており、Ｒｕの値は例えば１．２５である。
一方、下り方向通信の伝送レートＲｄ［Ｇｂｐｓ］も１種類であり、Ｒｄの値は例えば１．２５である。
【００２５】
《局側装置の概略構成》
図１に示すように、局側装置１は、ＰＯＮ側送信部１ｓ及びＰＯＮ側受信部１ｒと、これらに対する通信制御を行う制御部１ｃとを備えている。
局側装置１のＰＯＮ側送信部１ｓは、電気光変換素子を内部に含み、宅側装置２に対するデータ送信を時分割多重された下り光信号ＤＯとして光ファイバ３に送出する。この下り光信号ＤＯは、光カプラ４で分岐されて各宅側装置２で受信される。各宅側装置２は、自身宛の下り光信号ＤＯに含まれるデータのみを受信処理する。
【００２６】
また、局側装置１のＰＯＮ側受信部１ｒは、光電気変換素子を内部に含み、各宅側装置２から光ファイバ５に送出された上り光信号ＵＯを受信する。局側装置１の制御部１ｃは、各宅側装置２からの上り光信号ＵＯが光カプラ４において合波された時に、それらが衝突しないように送信タイミングを時分割で多重制御する。
具体的には、各宅側装置２は、自身のユーザネットワーク７から上りデータを受信すると、一旦自身のキューにデータを蓄積し、そのキューに溜まったデータ量をレポート（Report）フレームに記して局側装置１に送信する（送信要求）。
【００２７】
局側装置１の制御部１ｃは、上記レポートフレームを受信すると、そのレポートフレームのデータ量と他の宅側装置２の使用帯域から、当該宅側装置２に割り当てるべき上りデータの送信時間長と送信開始時刻を算出し（動的帯域割当）、その算出値をゲート（Gate）フレームに記して当該宅側装置２に送信する（送信許可）。
上記ゲートフレームを受信した宅側装置２は、そのゲートフレームの指示に従って、指定された送信開始時刻に指定された送信時間長で上りデータを送信する。このため、図１に示すように、各宅側装置２が送出した上り光信号ＵＯは、それぞれガードタイムを挟んで時間軸上に配列されたものとなる。
【００２８】
図３に示すように、上り光信号ＵＯを光電変換した上りバースト信号ＢＳには、先頭部分の同期信号ＢＳ１と、それ以降のデータ信号ＢＳ２とが含まれており、同期信号ＢＳ１は、例えば、ＧＰＯＮ（ＩＴＵ−Ｔ Ｇ．９８４．２）の規格では、１と０の値が交互に現れる１／０交番の信号パターンになっている。本実施形態の局側装置１でも同期信号ＢＳ１の信号パターンとして、１／０交番の信号パターンを扱うものとする。
【００２９】
局側装置１の制御部１ｃは、宅側装置２による上り送信のタイミングを時分割で多重制御するために、宅側装置２からの上り光信号ＵＯを自身が受信するタイミングと、上り光信号ＵＯのバースト中に含まれる同期信号ＢＳ１（図３参照）の受信期間とを把握している。
一方、局側装置１から各宅側装置２までの伝送距離はそれぞれ相違しており、光カプラ４は単に上り光信号ＵＯを合波する受動素子であるから、局側装置１が受信する各上り光信号ＵＯのレベル及び受信タイミングもそれぞれ相違している。
【００３０】
このため、局側装置１のＰＯＮ側受信部１ｒには、各上り光信号ＵＯにそれぞれ同期して受信処理すべく、後述するクロック・データ再生回路１０が設けられている。
なお、図示していないが、本実施形態のＰＯＮ側受信部１ｒは、上記クロック・データ再生回路１０で再生された再生データＤＳに対して前方誤り訂正を行って復号する、ＦＥＣ機能を有する物理層の復号部を備えている。
【００３１】
《局側装置のＰＯＮ側受信部》
図２は、局側装置１のＰＯＮ側受信部１ｒの内部構成を示すブロック図である。
本実施形態のＰＯＮ側受信部１ｒは、ＲＯＳＡ（ Receiver Optical Sub-Assembly ）８と、ポストアンプ９と、クロック・データ再生回路１０とを備えている。
【００３２】
ＲＯＳＡ８は、宅側装置２からの上り光信号ＵＯを受信する光デバイスである。このＲＯＳＡ８は、光コネクタ（図示せず）と、フォトダイオード８１と、プリアンプ８２とを有し、光コネクタはフォトダイオード８１に光学的に結合されている。
フォトダイオード８１は、上り光信号ＵＯを電流信号に変換する光検出器であり、その出力端にプリアンプ８２が接続されている。プリアンプ８２は、フォトダイオード８１で生成された電流信号を所定のゲインで増幅し、電圧信号に変換するトランスインピーダンスアンプよりなる。
【００３３】
プリアンプ８２の後段には、ポストアンプ９が接続されており、このポストアンプ９の出力端子がクロック・データ再生回路１０の入力端子に接続されている。
すなわち、プリアンプ８２の出力信号は、ポストアンプ９においてさらに増幅されたあと、後段のクロック・データ再生回路１０に入力される。この他、クロック・データ再生回路１０には切替信号と、参照クロック信号とが入力される。切替信号は、制御部１ｃ（図１）から、図３に示すタイミングで与えられる。
【００３４】
《クロック・データ再生回路：第１実施形態》
図４は、本発明の第１実施形態に係るクロック・データ再生回路１０の内部構成を示すブロック図である。図において、クロック・データ再生回路１０は、ポストアンプ９（図２）からの入力データ信号と、参照クロック信号と、切替信号とを入力信号とし、これらに基づいて、再生クロック信号及び再生データ信号を出力する。
【００３５】
このクロック・データ再生回路１０は、位相比較器１０１、チャージポンプ１０２、ローパスフィルタ１０３、電圧制御型発振器（ＶＣＯ又はＶＣＸＯ）１０４、位相周波数比較器１０５、分周器１０６、切替制御部１０７、リタイミング回路１０８、及び、モニタ部１０９を備えている。また、位相比較器１０１より前段に、スイッチからなる入力選択部１１１が設けられている。入力選択部１１１には、入力データ信号の他、ＰＬＬ回路からなる周波数逓倍部１１０の出力が与えられる。
【００３６】
周波数逓倍部１１０の逓倍数は、例えば、分周器１０６の分周比の逆数／２である。参照クロック信号は、周波数逓倍部１１０を通ることによって、周波数が逓倍された逓倍クロック信号となる。入力選択部１１１は、切替信号に基づいて、２つの入力（入力データ信号／逓倍クロック信号）のいずれか一方を選択出力することができる。なお、逓倍クロック信号の周波数は、入力データ信号相当の周波数、すなわち、入力データ信号が１／０交番信号であるとしたときの周波数であることが好ましい。この場合、エッジ数（１／０変化）が多く確保されるので、迅速な同期が可能になる。
【００３７】
図５は、位相比較器１０１の一例として、アレキサンダータイプの位相比較器を示す回路図である。図において、この位相比較器１０１は、４つのフリップフロップＦＦ１〜ＦＦ４と、ＥＯＲゲート１０１１，１０１２を備えており、これらは図示のように接続されている。アレキサンダータイプの位相比較器では、クロック信号ＣＫの立ち上がりが、データ信号Ｄｉｎの立ち上がりに対して進んでいるか遅れているかに基づいて、アップ信号又はダウン信号を出力することができる。
【００３８】
図４に戻り、入力選択部１１１が、入力データ信号を出力する状態であるとすると、位相比較器１０１は、入力データ信号と、電圧制御型発振器１０４からフィードバックされる信号との位相とを比較し、その比較結果に基づいてアップ信号又はダウン信号を出力する。例えば、フィードバックされて来た信号の位相が入力データ信号の位相よりも遅れている場合はアップ信号 が出力され、進んでいる場合はダウン信号が出力される。チャージポンプ１０２は、位相比較器１０１からのアップ信号又はダウン信号に対応してチャージポンプ電流を生成する。ローパスフィルタ１０３は、チャージポンプ１０２が生成したチャージポンプ電流を積分することで、電圧制御型発振器１０４の制御電圧を生成する。電圧制御型発振器１０４は、制御電圧に応じて発振周波数を制御し、再生クロック信号を出力する。
【００３９】
すなわち、上記位相比較器１０１、チャージポンプ１０２、ローパスフィルタ１０３、及び、電圧制御型発振器１０４は、フィードバックによる制御ループ１を構成するものであり、また、入力された信号と位相が同期するように再生クロック信号を生成する再生クロック信号生成手段１０Ａを構成している。
入力選択部１１１が、周波数逓倍部１１０からの入力信号を出力する場合も同様に、再生クロック信号生成手段１０Ａは、入力された信号と位相が同期するように再生クロック信号を生成する。
【００４０】
一方、電圧制御型発振器１０４の出力する再生クロック信号は、分周器１０６（分周比は例えば１／６４）を介して位相周波数比較器１０５において、参照クロック信号と比較される。すなわち、位相周波数比較器１０５、チャージポンプ１０２、ローパスフィルタ１０３、電圧制御型発振器１０４及び分周器１０６は、フィードバックによる制御ループ２を構成するものであり、また、これらは、再生クロック信号の周波数を分周して得た分周クロック信号の周波数が参照クロック信号の周波数に近づくように再生クロック信号を生成する再生クロック信号初期化手段１０Ｂを構成している。
【００４１】
この再生クロック信号初期化手段１０Ｂは、位相同期のための、いわば粗調整を行うものであり、再生クロック信号生成手段１０Ａとは別の手法で再生クロック信号を生成する。両手段（１０Ａ，１０Ｂ）は、構成要素が一部共通するが、制御ループ１，２で同時に再生クロック信号が生成されることはなく、択一的な動作となる。
なお、位相周波数比較器１０５は、同期範囲が広く、再生クロック信号の周波数が参照クロック信号の周波数と大きくずれた状態からでも同期できるという特徴がある。
【００４２】
図６は、位相周波数比較器１０５の一例を示す回路図である。図において、この位相周波数比較器１０５は、一対のリセット付きＤＦＦ（Ｄ−フリップフロップ）１０５１，１０５２と、アンドゲート１０５３とを備え、これらが、図示のように接続されている。端子Ａ，Ｂの一方には参照クロック信号が、他方には分周クロック信号（分周されたクロック信号）がそれぞれ与えられる。これらの２信号の立ち上がりのずれに応じて、出力端子ＱＡ，ＱＢの一方からアップ信号、他方からダウン信号を出力することができる。
【００４３】
なお、周波数の一例を挙げると、入力データ信号は１０．３１２５Ｇｂｐｓ、逓倍クロック信号は５．１５６２５ＧＨｚ（１０．３１２５Ｇｂｐｓの１／０交番信号に相等）、再生クロック信号の周波数は１０．３１２５ＧＨｚ、参照クロック信号や、分周器１０６の出力する分周クロック信号の周波数は、１６１．１３２８１２ＭＨｚである。すなわち、分周器１０６の分周比は１／６４、周波数逓倍部１１０の逓倍数は３２である。
【００４４】
前述のように、上記制御ループ１による再生クロック信号生成手段１０Ａと、制御ループ２による再生クロック信号初期化手段１０Ｂとは、制御ループとしては択一的に動作する。この択一の制御を行っているのが、切替制御部１０７である。切替制御部１０７は、制御部１ｃ（図１）から受けた切替信号に基づいて、チャージポンプ１０２及び入力選択部１１１にそれぞれ切替信号を送ることができる。チャージポンプ１０２は、切替信号に応じて、いずれか１つの制御ループ（１又は２）を有効に動作させる。また、入力切替部１１１は、切替信号に応じて、いずれか一方の入力信号を位相比較器１０１に与える。モニタ部１０９は、再生クロック信号の周波数を監視して、所定範囲内（例えば１０．３１２５ＧＨｚを中心とした実用的正常範囲）にあるか、又は、範囲外であるかを、切替制御部１０７に知らせる機能を有している。
【００４５】
上記のように構成されたクロック・データ再生回路１０において、例えば起動時には、電圧制御型発振器１０４の発振周波数（再生クロック信号の周波数）が、入力データ信号や逓倍クロック信号の周波数とは大きくずれている。この場合、同期可能範囲の狭い位相比較器１０１では所望の再生クロック信号を立ち上げることはできない。そこで、切替制御部１０７は、モニタ部１０９からの通知により再生クロック信号の周波数が所定範囲外であると認識した場合、制御ループ２（再生クロック信号初期化手段１０Ｂ）を動作させるようチャージポンプ１０２を制御する。これにより、同期範囲の広い位相周波数比較器１０５を用いて、再生クロック信号を分周した分周クロック信号の周波数が、参照クロック信号の周波数に近づくよう、再生クロック信号を生成することができる。
【００４６】
次に、再生クロック信号の周波数が所定範囲内となった後は、入力データ信号としてのバースト信号が、入力されているか、入力されていない（すなわちバースト信号間の無信号区間）かによって、制御が異なる。
バースト信号が入力されているか否かは、切替信号により切替制御部１０７に通知される。そこで、切替制御部１０７は、バースト信号が入力されているときは、制御ループ１（再生クロック信号生成手段１０Ａ）を動作させ、また、入力選択部１１１に対しては入力データ信号を通過させる。これにより、入力されたバースト信号と位相が同期するように再生クロック信号が生成される。また、この再生クロック信号に基づいて、リタイミング回路１０８において入力データ信号のリタイミング処理が行われ、再生データ信号となる。
【００４７】
一方、バースト信号が入力されていないとき、すなわちバースト信号間の無信号区間に入ったときは、切替制御部１０７は、制御ループ１（再生クロック信号生成手段１０Ａ）の動作を継続しつつ、入力選択部１１１に対しては周波数逓倍部１１０を経た逓倍クロック信号を通過させる。これにより、逓倍クロック信号と位相が同期するように再生クロック信号が生成され、次のバースト信号を迎える準備が行われる。
【００４８】
以上のように、上記クロック・データ再生回路１０では、バースト信号が入力されているときは当該バースト信号が再生クロック信号生成手段１０Ａに入力として与えられ、再生クロック信号が生成される。一方、バースト信号が入力されていないときは、参照クロック信号の周波数を逓倍した逓倍クロック信号と再生クロック信号との位相同期を図るので、再生クロック信号を分周して参照クロック信号に初期化するという分周を用いた処理をしなくてよい。すなわち、分周に起因して発生しやすい、再生クロック信号の周波数が一時的に大きくずれるという現象の発生を防止することができる。
【００４９】
一方、起動時等で、再生クロック信号の周波数が安定せず、本来の周波数より大きくずれている場合には、再生クロック信号初期化手段１０Ｂを動作させ、同期範囲の広い位相周波数比較器１０５を活用することができる。なお、モニタ部１０９の存在によって、起動直後等で、電圧制御型発振器の出力する再生クロック信号の周波数が安定しない状態を確実に検出することができる。
【００５０】
また、故障した宅側装置から周波数がずれたバースト信号を受信した場合、当該バースト信号を再生クロック信号生成手段１０Ａの入力として与え続けると、電圧制御型発振器１０４の発振周波数が外れていく可能性がある。このような状態をモニタ部１０９で検出した場合には、電圧制御型発振器１０４の発振周波数が所定範囲から外れる前に、再生クロック信号生成手段１０Ａの入力を、参照クロック信号の周波数を逓倍した逓倍クロック信号に切り替えてやればよい。これにより、電圧制御型発振器１０４の発振周波数が所定範囲から外れることを防止でき、他の正常な宅側装置からのバースト信号を確実に受信することができる。
【００５１】
かかるクロック・データ再生回路１０を備えた局側装置１（図１）は、再生クロック信号を生成するに当たって、一時的に周波数が大きくずれるという現象の発生を防止することができるので、再生クロック信号は迅速に安定し、確実に次のバースト信号を受信することができる。
【００５２】
《クロック・データ再生回路：第２実施形態》
図７は、本発明の第２実施形態に係るクロック・データ再生回路１０の内部構成を示すブロック図である。図４との違いは、モニタ部１０９に対する入出力である。すなわち、このモニタ部１０９は、分周器１０６の出力と、参照クロック信号とを受け取るよう接続されており、分周クロック信号の周波数と参照クロック信号の周波数とを監視する。また、モニタ部１０９の出力は、切替制御部１０７に付与される。
【００５３】
この場合、モニタ部１０９は、例えばクロック・データ再生回路１０の起動直後で再生クロック信号の発振周波数が安定しないとき、分周クロック信号の周波数が参照クロック信号の周波数に近づいて安定するまでは、切替制御部１０７による制御ループの選択動作を抑制して、再生クロック信号初期化手段１０Ｂを動作させる。分周クロック信号の周波数が安定すると、モニタ部１０９は、切替制御部１０７に対して制御ループ１の選択を許可（enable信号出力）して、再生クロック信号生成手段１０Ａを動作させる。
【００５４】
このようにして、起動直後等において電圧制御型発振器１０４の出力する再生クロック信号の周波数が安定しない（大きくずれている）ときには、同期範囲の広い再生クロック信号初期化手段１０Ｂを動作させて、分周クロック信号の周波数が参照クロック信号の周波数に近づくよう、再生クロック信号を生成することができる。なお、監視する周波数が第１実施形態より低い点で、モニタ部１０９の設計が容易である。
【００５５】
《クロック・データ再生回路：第３実施形態》
図８は、本発明の第３実施形態に係るクロック・データ再生回路１０の内部構成を示すブロック図である。図４との違いは、モニタ部１０９に対する入力の違いにある。すなわち、図８におけるモニタ部１０９は、クロック・データ再生回路１０への入力（制御電圧）を受け取るよう接続されている。また、モニタ部１０９の出力は、切替制御部１０７に与えられる。
【００５６】
このモニタ部１０９は、周波数ではなく電圧を監視している。すなわち、このモニタ部１０９は、電圧制御型発振器１０４の制御電圧が所定範囲内にある場合にのみ、切替制御部１０７に対して制御ループ１の選択を許可し、再生クロック信号生成手段１０Ａを動作させることができる。制御電圧が所定範囲内になければ、切替制御部１０７に対して制御ループ１の選択は許可されず、制御ループ２の再生クロック信号初期化手段１０Ｂが動作する。
【００５７】
このような構成によれば、再生クロック信号の周波数と対応した制御電圧の監視により、簡易に、再生クロック信号の周波数を概ね等価的に監視することができる。また、制御電圧が所定範囲内にある場合にのみ、周波数が初期化されているものとして、切替制御部１０７による動作選択を許可することができる。なお、再生クロック信号を監視する場合、発振周波数を調べるのに再生クロックをカウント（積分）する必要があるが、制御電圧を監視する場合には、制御電圧が発振周波数に対応するため、高速に発振周波数を検出することができる。
【００５８】
《その他》
なお、上記各実施形態に係るクロック・データ再生回路１０における分周器１０６は、分周比を１／６４とするものであるが、これは一例であり、分周比は、位相周波数比較器１０５の動作可能速度を考慮して選択することができる。
【００５９】
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００６０】
１ 局側装置
２ 宅側装置
３，５ 光ファイバ
１０ クロック・データ再生回路
１０Ａ 再生クロック信号生成手段
１０Ｂ 再生クロック信号初期化手段
１０１ 位相比較器
１０４ 電圧制御型発振器
１０５ 位相周波数比較器
１０６ 分周器
１０７ 切替制御部
１０９ モニタ部
１１０ 周波数逓倍部
１１１ 入力選択部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、局側装置と複数の宅側装置とが互いに光ファイバで結ばれるＰＯＮ（ Passive Optical Network ）システムにおける、上りバースト信号の受信側である局側装置内で好適に使用可能な、クロック・データ再生（ CDR: Clock and Data Recovery ）回路及び再生方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に使用されているＰＬＬ方式のクロック・データ再生回路では、アレキサンダー位相比較器等の位相比較器を用いて、入力データ信号と電圧制御型発振器（ＶＣＯ）の発振するクロック信号との位相比較を行い、双方の位相が等しくなるように電圧制御型発振器の制御電圧をフィードバック制御する（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
しかし、入力データ信号と、電圧制御型発振器の出力との位相差が±１８０度を超えると、位相比較器では正常な位相比較ができない。そこで、電圧制御型発振器の発振周波数を、予め入力データ信号の周波数に近い値に初期化しておく必要がある。例えば、位相周波数比較器を用いたフィードバックループを別に設け、電圧制御型発振器の発信周波数を参照クロック信号の周波数に初期化しておくことが考えられる（例えば、特願２００８−２７６５２参照。）。
【０００４】
位相周波数比較器はクロック信号に合わせて動作可能であり、広い同期範囲を有している。例えば電圧制御型発振器の起動時に、発振周波数と入力データ信号の周波数とが互いに大きく異なる場合に、発振周波数を参照クロック信号に同期させることで、初期化を行うことができる。なお、位相周波数比較器は高速（例えば１０ＧＨｚ）動作に難があるため、分周して得た分周クロック信号の周波数を参照クロック信号の周波数と比較することが好ましい。この分周比は、例えば１／６４という大きな比となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−３４９６２７号公報（図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のような従来のクロック・データ再生回路でバースト信号を受信する場合、バースト信号間の無信号区間では、電圧制御型発振器の発振周波数が、次に来るバースト信号の周波数から大きく外れないように、分周クロック信号の周波数を参照クロック信号の周波数に合わせておく必要がある。しかしながら、分周比を大きくすると、分周クロック信号と参照クロック信号とで周波数が同じであっても、位相が大きく異なることがあった。
【０００７】
位相が大きく異なると、その差を無くそうとして、電圧制御型発振器の発振周波数が大きく変化し、一時的に参照クロック信号の周波数から大きく外れる。従って、再び電圧制御型発振器の発振周波数が参照クロック信号と同期して安定するまでに長い時間が必要となる。そのため、バースト信号間の無信号区間を長く確保しないと、次のバースト信号が受信できないという問題点があった。
【０００８】
かかる従来の問題点に鑑み、本発明は、バースト信号間の無信号区間に入ったとき、一時的に参照クロック信号と周波数が大きくずれるという現象の発生を防止することができるクロック・データ再生回路及び再生方法並びに当該再生回路を用いた局側装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）本発明は、入力されたデータ信号に基づいてクロック信号及びデータ信号を再生するクロック・データ再生回路であって、
入力された信号と位相が同期するように再生クロック信号を生成する再生クロック信号生成手段と、参照クロック信号の周波数をデータ信号相当の周波数に逓倍して逓倍クロック信号を生成する周波数逓倍部と、前記データ信号としてのバースト信号が入力されているときは当該バースト信号を前記再生クロック信号生成手段に入力として与え、バースト信号が入力されていないときは前記逓倍クロック信号を前記再生クロック信号生成手段に入力として与える入力選択部とを備えたものである。
【００１０】
上記のように構成されたクロック・データ再生回路では、バースト信号が入力されているときは当該バースト信号が再生クロック信号生成手段に入力として与えられ、再生クロック信号が生成される。一方、バースト信号が入力されていないときは、参照クロック信号の周波数を逓倍した逓倍クロック信号と再生クロック信号との位相同期を図るので、再生クロック信号を分周して参照クロック信号に初期化するという分周を用いた処理をしなくてよい。すなわち、分周に起因して発生しやすい、再生クロック信号の周波数が一時的に大きくずれるという現象の発生を防止することができる。
【００１１】
（２）一方、他の視点からの本発明は、入力されたデータ信号に基づいてクロック信号及びデータ信号を再生するクロック・データ再生回路であって、
位相比較器を含み、入力された信号と位相が同期するように再生クロック信号を生成する再生クロック信号生成手段と、位相周波数比較器を含み、出力信号となるべき再生クロック信号を分周して得た分周クロック信号の周波数が参照クロック信号の周波数に近づくように再生クロック信号を生成する再生クロック信号初期化手段と、前記参照クロック信号の周波数をデータ信号相当の周波数に逓倍して逓倍クロック信号を生成する周波数逓倍部と、前記再生クロック信号の周波数が所定範囲外にあるときは前記再生クロック信号初期化手段により再生クロック信号を生成させ、前記再生クロック信号の周波数が所定範囲内にあるときは前記再生クロック信号生成手段により再生クロック信号を生成させる切替制御部と、前記再生クロック信号の周波数が所定範囲内にあって前記データ信号としてのバースト信号が入力されている状態では当該バースト信号を前記再生クロック信号生成手段に入力として与え、前記再生クロック信号の周波数が所定範囲内にあってバースト信号が入力されていない状態では前記逓倍クロック信号を前記再生クロック信号生成手段に入力として与える入力選択部とを備えたものである。
【００１２】
上記のように構成されたクロック・データ再生回路では、バースト信号が入力されているときは当該バースト信号が再生クロック信号生成手段に入力として与えられ、再生クロック信号が生成される。一方、バースト信号が入力されていないときは、参照クロック信号の周波数を逓倍した逓倍クロック信号と再生クロック信号との位相同期を図るので、再生クロック信号を分周して参照クロック信号に初期化するという分周を用いた処理をしなくてよい。すなわち、分周に起因して発生しやすい、再生クロック信号の周波数が一時的に大きくずれるという現象の発生を防止することができる。一方、起動時等で、再生クロック信号の周波数が、本来の周波数より大きくずれている場合には、再生クロック信号初期化手段を動作させ、同期範囲の広い位相周波数比較器を活用することができる。
【００１３】
（３）また、上記クロック・データ再生回路において、データ信号相当の周波数とは、データ信号が１／０交番信号であるとしたときの周波数であることが好ましい。
この場合、エッジ数（１／０変化）が多く確保されるので、迅速な同期が可能になる。
【００１４】
（４）また、上記（２）、（３）のクロック・データ再生回路は、再生クロック信号を出力する電圧制御型発振器と、再生クロック信号の周波数を監視するモニタ部とを備えたものであってもよい。
この場合、起動直後等で、電圧制御型発振器の出力する再生クロック信号の周波数が安定しない状態を、モニタ部によって検出することができる。また、モニタ部で周波数がずれた異常なバースト信号の受信を検出した場合には、再生クロック信号の周波数が所定範囲から外れる前にバースト信号への位相同期を中断し、逓倍クロックへの位相同期に切り替えることで、電圧制御型発振器の発振周波数を安定させ、次に来る正常なバースト信号を確実に受信することができる。
【００１５】
（５）また、上記（２）、（３）のクロック・データ再生回路は、再生クロック信号を出力する電圧制御型発振器と、電圧制御型発振器の制御電圧を監視するモニタ部とを備えたものであってもよい。
この場合、起動直後等で、電圧制御型発振器の出力する再生クロック信号の周波数が安定しない状態を、モニタ部によって検出することができる。また、再生クロック信号の周波数と対応した制御電圧の監視により、簡易に、再生クロック信号の周波数を概ね等価的に監視することができる。また、発振周波数を調べるのに再生クロックをカウントする場合と比べると、高速に、発振周波数を検出することができる。
【００１６】
（６）一方、本発明は、光ファイバを介して複数の宅側装置と接続され、当該宅側装置が送信したデータ信号に基づいてクロック信号及びデータ信号を再生する局側装置であって、上記（１）〜（５）のいずれかに記載のクロック・データ再生回路を備えたものでもある。
この場合、局側装置において再生クロック信号を生成するに当たって、一時的に周波数が大きくずれるという現象の発生を防止することができるので、再生クロック信号は迅速に安定し、確実に次のバースト信号を受信することができる。
【００１７】
（７）また、本発明は、入力されたデータ信号に基づいてクロック信号及びデータ信号を再生するクロック・データ再生方法であって、
参照クロック信号の周波数をデータ信号相当の周波数に逓倍して逓倍クロック信号を生成し、前記データ信号としてのバースト信号が入力されているときは当該バースト信号と位相が同期するように再生クロック信号を生成し、バースト信号が入力されていないときは前記逓倍クロック信号と位相が同期するように再生クロック信号を生成することを特徴とする。
【００１８】
上記のようなクロック・データ再生方法では、バースト信号が入力されているときは当該バースト信号と位相が同期するように再生クロック信号が生成される。一方、バースト信号が入力されていないときは、参照クロック信号の周波数を逓倍した逓倍クロック信号と再生クロック信号との位相同期を図るので、再生クロック信号を分周して参照クロック信号に初期化するという分周を用いた処理をしなくてよい。すなわち、分周に起因して発生しやすい、再生クロック信号の周波数が一時的に大きくずれるという現象の発生を防止することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のクロック・データ再生回路及び再生方法によれば、バースト信号の無信号区間に入ったとき、再生クロック信号の周波数が一時的に大きくずれるという現象の発生を防止することができる。その結果として再生クロック信号は迅速に安定し、確実に次のバースト信号を受信することができる。また、かかるクロック・データ再生回路を含む局側装置は、宅側装置からの上りバースト信号を確実に受信することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る局側装置を含む、ＰＯＮシステムの概略構成図である。
【図２】局側装置のＰＯＮ側受信部の内部構成を示すブロック図である。
【図３】バースト信号及び切替信号を示す図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係るクロック・データ再生回路の内部構成を示すブロック図である。
【図５】位相比較器の一例として、アレキサンダータイプの位相比較器を示す回路図である。
【図６】位相周波数比較器の一例を示す回路図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係るクロック・データ再生回路の内部構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の第３実施形態に係るクロック・データ再生回路の内部構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
《ＰＯＮシステムの全体構成》
図１は、本発明の一実施形態に係る局側装置を含む、ＰＯＮシステムの概略構成図である。
図において、局側装置１は複数の宅側装置２に対する集約局として設置され、宅側装置２はそれぞれＰＯＮシステムの加入者宅に設置されている。
局側装置１に接続された伝送路である１本の光ファイバ３（幹線）は光カプラ４を介して複数の光ファイバ（支線）５に分岐しており、分岐した各光ファイバ５の終端に、それぞれ宅側装置２が接続されている。
【００２２】
局側装置１はさらに、上位ネットワーク６と接続され、宅側装置２はそれぞれのユーザネットワーク７と接続されている。
なお、図１では３個の宅側装置２を示しているが、１つの光カプラ４から例えば３２分岐して３２個の宅側装置を接続することが可能である。また、図１では、光カプラ４を１個だけ使用しているが、光カプラを縦列に複数段設けることにより、さらに多くの宅側装置２を局側装置１と接続することができる。
【００２３】
図１において、各宅側装置２から局側装置１への上り方向には、波長λｕの光信号が送信される。逆に、局側装置１から宅側装置２への下り方向には、波長λｄの光信号が送信される。例えば、ＰＯＮの一種であるＧＥ−ＰＯＮの規格として、ＩＥＥＥ規格８０２．３ａｈ−２００４のＣｌａｕｓｅ６０があり、この場合、これら上り方向及び下り方向の波長λｕ及びλｄは、以下の範囲の値とすることができる。
１２６０ｎｍ≦λｕ≦１３６０ｎｍ
１４８０ｎｍ≦λｄ≦１５００ｎｍ
【００２４】
また、本実施形態では、光信号における上り方向通信の伝送レートＲｕ［Ｇｂｐｓ］が１種類の場合を想定しており、Ｒｕの値は例えば１．２５である。
一方、下り方向通信の伝送レートＲｄ［Ｇｂｐｓ］も１種類であり、Ｒｄの値は例えば１．２５である。
【００２５】
《局側装置の概略構成》
図１に示すように、局側装置１は、ＰＯＮ側送信部１ｓ及びＰＯＮ側受信部１ｒと、これらに対する通信制御を行う制御部１ｃとを備えている。
局側装置１のＰＯＮ側送信部１ｓは、電気光変換素子を内部に含み、宅側装置２に対するデータ送信を時分割多重された下り光信号ＤＯとして光ファイバ３に送出する。この下り光信号ＤＯは、光カプラ４で分岐されて各宅側装置２で受信される。各宅側装置２は、自身宛の下り光信号ＤＯに含まれるデータのみを受信処理する。
【００２６】
また、局側装置１のＰＯＮ側受信部１ｒは、光電気変換素子を内部に含み、各宅側装置２から光ファイバ５に送出された上り光信号ＵＯを受信する。局側装置１の制御部１ｃは、各宅側装置２からの上り光信号ＵＯが光カプラ４において合波された時に、それらが衝突しないように送信タイミングを時分割で多重制御する。
具体的には、各宅側装置２は、自身のユーザネットワーク７から上りデータを受信すると、一旦自身のキューにデータを蓄積し、そのキューに溜まったデータ量をレポート（Report）フレームに記して局側装置１に送信する（送信要求）。
【００２７】
局側装置１の制御部１ｃは、上記レポートフレームを受信すると、そのレポートフレームのデータ量と他の宅側装置２の使用帯域から、当該宅側装置２に割り当てるべき上りデータの送信時間長と送信開始時刻を算出し（動的帯域割当）、その算出値をゲート（Gate）フレームに記して当該宅側装置２に送信する（送信許可）。
上記ゲートフレームを受信した宅側装置２は、そのゲートフレームの指示に従って、指定された送信開始時刻に指定された送信時間長で上りデータを送信する。このため、図１に示すように、各宅側装置２が送出した上り光信号ＵＯは、それぞれガードタイムを挟んで時間軸上に配列されたものとなる。
【００２８】
図３に示すように、上り光信号ＵＯを光電変換した上りバースト信号ＢＳには、先頭部分の同期信号ＢＳ１と、それ以降のデータ信号ＢＳ２とが含まれており、同期信号ＢＳ１は、例えば、ＧＰＯＮ（ＩＴＵ−Ｔ Ｇ．９８４．２）の規格では、１と０の値が交互に現れる１／０交番の信号パターンになっている。本実施形態の局側装置１でも同期信号ＢＳ１の信号パターンとして、１／０交番の信号パターンを扱うものとする。
【００２９】
局側装置１の制御部１ｃは、宅側装置２による上り送信のタイミングを時分割で多重制御するために、宅側装置２からの上り光信号ＵＯを自身が受信するタイミングと、上り光信号ＵＯのバースト中に含まれる同期信号ＢＳ１（図３参照）の受信期間とを把握している。
一方、局側装置１から各宅側装置２までの伝送距離はそれぞれ相違しており、光カプラ４は単に上り光信号ＵＯを合波する受動素子であるから、局側装置１が受信する各上り光信号ＵＯのレベル及び受信タイミングもそれぞれ相違している。
【００３０】
このため、局側装置１のＰＯＮ側受信部１ｒには、各上り光信号ＵＯにそれぞれ同期して受信処理すべく、後述するクロック・データ再生回路１０が設けられている。
なお、図示していないが、本実施形態のＰＯＮ側受信部１ｒは、上記クロック・データ再生回路１０で再生された再生データＤＳに対して前方誤り訂正を行って復号する、ＦＥＣ機能を有する物理層の復号部を備えている。
【００３１】
《局側装置のＰＯＮ側受信部》
図２は、局側装置１のＰＯＮ側受信部１ｒの内部構成を示すブロック図である。
本実施形態のＰＯＮ側受信部１ｒは、ＲＯＳＡ（ Receiver Optical Sub-Assembly ）８と、ポストアンプ９と、クロック・データ再生回路１０とを備えている。
【００３２】
ＲＯＳＡ８は、宅側装置２からの上り光信号ＵＯを受信する光デバイスである。このＲＯＳＡ８は、光コネクタ（図示せず）と、フォトダイオード８１と、プリアンプ８２とを有し、光コネクタはフォトダイオード８１に光学的に結合されている。
フォトダイオード８１は、上り光信号ＵＯを電流信号に変換する光検出器であり、その出力端にプリアンプ８２が接続されている。プリアンプ８２は、フォトダイオード８１で生成された電流信号を所定のゲインで増幅し、電圧信号に変換するトランスインピーダンスアンプよりなる。
【００３３】
プリアンプ８２の後段には、ポストアンプ９が接続されており、このポストアンプ９の出力端子がクロック・データ再生回路１０の入力端子に接続されている。
すなわち、プリアンプ８２の出力信号は、ポストアンプ９においてさらに増幅されたあと、後段のクロック・データ再生回路１０に入力される。この他、クロック・データ再生回路１０には切替信号と、参照クロック信号とが入力される。切替信号は、制御部１ｃ（図１）から、図３に示すタイミングで与えられる。
【００３４】
《クロック・データ再生回路：第１実施形態》
図４は、本発明の第１実施形態に係るクロック・データ再生回路１０の内部構成を示すブロック図である。図において、クロック・データ再生回路１０は、ポストアンプ９（図２）からの入力データ信号と、参照クロック信号と、切替信号とを入力信号とし、これらに基づいて、再生クロック信号及び再生データ信号を出力する。
【００３５】
このクロック・データ再生回路１０は、位相比較器１０１、チャージポンプ１０２、ローパスフィルタ１０３、電圧制御型発振器（ＶＣＯ又はＶＣＸＯ）１０４、位相周波数比較器１０５、分周器１０６、切替制御部１０７、リタイミング回路１０８、及び、モニタ部１０９を備えている。また、位相比較器１０１より前段に、スイッチからなる入力選択部１１１が設けられている。入力選択部１１１には、入力データ信号の他、ＰＬＬ回路からなる周波数逓倍部１１０の出力が与えられる。
【００３６】
周波数逓倍部１１０の逓倍数は、例えば、分周器１０６の分周比の逆数／２である。参照クロック信号は、周波数逓倍部１１０を通ることによって、周波数が逓倍された逓倍クロック信号となる。入力選択部１１１は、切替信号に基づいて、２つの入力（入力データ信号／逓倍クロック信号）のいずれか一方を選択出力することができる。なお、逓倍クロック信号の周波数は、入力データ信号相当の周波数、すなわち、入力データ信号が１／０交番信号であるとしたときの周波数であることが好ましい。この場合、エッジ数（１／０変化）が多く確保されるので、迅速な同期が可能になる。
【００３７】
図５は、位相比較器１０１の一例として、アレキサンダータイプの位相比較器を示す回路図である。図において、この位相比較器１０１は、４つのフリップフロップＦＦ１〜ＦＦ４と、ＥＯＲゲート１０１１，１０１２を備えており、これらは図示のように接続されている。アレキサンダータイプの位相比較器では、クロック信号ＣＫの立ち上がりが、データ信号Ｄｉｎの立ち上がりに対して進んでいるか遅れているかに基づいて、アップ信号又はダウン信号を出力することができる。
【００３８】
図４に戻り、入力選択部１１１が、入力データ信号を出力する状態であるとすると、位相比較器１０１は、入力データ信号と、電圧制御型発振器１０４からフィードバックされる信号との位相とを比較し、その比較結果に基づいてアップ信号又はダウン信号を出力する。例えば、フィードバックされて来た信号の位相が入力データ信号の位相よりも遅れている場合はアップ信号 が出力され、進んでいる場合はダウン信号が出力される。チャージポンプ１０２は、位相比較器１０１からのアップ信号又はダウン信号に対応してチャージポンプ電流を生成する。ローパスフィルタ１０３は、チャージポンプ１０２が生成したチャージポンプ電流を積分することで、電圧制御型発振器１０４の制御電圧を生成する。電圧制御型発振器１０４は、制御電圧に応じて発振周波数を制御し、再生クロック信号を出力する。
【００３９】
すなわち、上記位相比較器１０１、チャージポンプ１０２、ローパスフィルタ１０３、及び、電圧制御型発振器１０４は、フィードバックによる制御ループ１を構成するものであり、また、入力された信号と位相が同期するように再生クロック信号を生成する再生クロック信号生成手段１０Ａを構成している。
入力選択部１１１が、周波数逓倍部１１０からの入力信号を出力する場合も同様に、再生クロック信号生成手段１０Ａは、入力された信号と位相が同期するように再生クロック信号を生成する。
【００４０】
一方、電圧制御型発振器１０４の出力する再生クロック信号は、分周器１０６（分周比は例えば１／６４）を介して位相周波数比較器１０５において、参照クロック信号と比較される。すなわち、位相周波数比較器１０５、チャージポンプ１０２、ローパスフィルタ１０３、電圧制御型発振器１０４及び分周器１０６は、フィードバックによる制御ループ２を構成するものであり、また、これらは、再生クロック信号の周波数を分周して得た分周クロック信号の周波数が参照クロック信号の周波数に近づくように再生クロック信号を生成する再生クロック信号初期化手段１０Ｂを構成している。
【００４１】
この再生クロック信号初期化手段１０Ｂは、位相同期のための、いわば粗調整を行うものであり、再生クロック信号生成手段１０Ａとは別の手法で再生クロック信号を生成する。両手段（１０Ａ，１０Ｂ）は、構成要素が一部共通するが、制御ループ１，２で同時に再生クロック信号が生成されることはなく、択一的な動作となる。
なお、位相周波数比較器１０５は、同期範囲が広く、再生クロック信号の周波数が参照クロック信号の周波数と大きくずれた状態からでも同期できるという特徴がある。
【００４２】
図６は、位相周波数比較器１０５の一例を示す回路図である。図において、この位相周波数比較器１０５は、一対のリセット付きＤＦＦ（Ｄ−フリップフロップ）１０５１，１０５２と、アンドゲート１０５３とを備え、これらが、図示のように接続されている。端子Ａ，Ｂの一方には参照クロック信号が、他方には分周クロック信号（分周されたクロック信号）がそれぞれ与えられる。これらの２信号の立ち上がりのずれに応じて、出力端子ＱＡ，ＱＢの一方からアップ信号、他方からダウン信号を出力することができる。
【００４３】
なお、周波数の一例を挙げると、入力データ信号は１０．３１２５Ｇｂｐｓ、逓倍クロック信号は５．１５６２５ＧＨｚ（１０．３１２５Ｇｂｐｓの１／０交番信号に相等）、再生クロック信号の周波数は１０．３１２５ＧＨｚ、参照クロック信号や、分周器１０６の出力する分周クロック信号の周波数は、１６１．１３２８１２ＭＨｚである。すなわち、分周器１０６の分周比は１／６４、周波数逓倍部１１０の逓倍数は３２である。
【００４４】
前述のように、上記制御ループ１による再生クロック信号生成手段１０Ａと、制御ループ２による再生クロック信号初期化手段１０Ｂとは、制御ループとしては択一的に動作する。この択一の制御を行っているのが、切替制御部１０７である。切替制御部１０７は、制御部１ｃ（図１）から受けた切替信号に基づいて、チャージポンプ１０２及び入力選択部１１１にそれぞれ切替信号を送ることができる。チャージポンプ１０２は、切替信号に応じて、いずれか１つの制御ループ（１又は２）を有効に動作させる。また、入力切替部１１１は、切替信号に応じて、いずれか一方の入力信号を位相比較器１０１に与える。モニタ部１０９は、再生クロック信号の周波数を監視して、所定範囲内（例えば１０．３１２５ＧＨｚを中心とした実用的正常範囲）にあるか、又は、範囲外であるかを、切替制御部１０７に知らせる機能を有している。
【００４５】
上記のように構成されたクロック・データ再生回路１０において、例えば起動時には、電圧制御型発振器１０４の発振周波数（再生クロック信号の周波数）が、入力データ信号や逓倍クロック信号の周波数とは大きくずれている。この場合、同期可能範囲の狭い位相比較器１０１では所望の再生クロック信号を立ち上げることはできない。そこで、切替制御部１０７は、モニタ部１０９からの通知により再生クロック信号の周波数が所定範囲外であると認識した場合、制御ループ２（再生クロック信号初期化手段１０Ｂ）を動作させるようチャージポンプ１０２を制御する。これにより、同期範囲の広い位相周波数比較器１０５を用いて、再生クロック信号を分周した分周クロック信号の周波数が、参照クロック信号の周波数に近づくよう、再生クロック信号を生成することができる。
【００４６】
次に、再生クロック信号の周波数が所定範囲内となった後は、入力データ信号としてのバースト信号が、入力されているか、入力されていない（すなわちバースト信号間の無信号区間）かによって、制御が異なる。
バースト信号が入力されているか否かは、切替信号により切替制御部１０７に通知される。そこで、切替制御部１０７は、バースト信号が入力されているときは、制御ループ１（再生クロック信号生成手段１０Ａ）を動作させ、また、入力選択部１１１に対しては入力データ信号を通過させる。これにより、入力されたバースト信号と位相が同期するように再生クロック信号が生成される。また、この再生クロック信号に基づいて、リタイミング回路１０８において入力データ信号のリタイミング処理が行われ、再生データ信号となる。
【００４７】
一方、バースト信号が入力されていないとき、すなわちバースト信号間の無信号区間に入ったときは、切替制御部１０７は、制御ループ１（再生クロック信号生成手段１０Ａ）の動作を継続しつつ、入力選択部１１１に対しては周波数逓倍部１１０を経た逓倍クロック信号を通過させる。これにより、逓倍クロック信号と位相が同期するように再生クロック信号が生成され、次のバースト信号を迎える準備が行われる。
【００４８】
以上のように、上記クロック・データ再生回路１０では、バースト信号が入力されているときは当該バースト信号が再生クロック信号生成手段１０Ａに入力として与えられ、再生クロック信号が生成される。一方、バースト信号が入力されていないときは、参照クロック信号の周波数を逓倍した逓倍クロック信号と再生クロック信号との位相同期を図るので、再生クロック信号を分周して参照クロック信号に初期化するという分周を用いた処理をしなくてよい。すなわち、分周に起因して発生しやすい、再生クロック信号の周波数が一時的に大きくずれるという現象の発生を防止することができる。
【００４９】
一方、起動時等で、再生クロック信号の周波数が安定せず、本来の周波数より大きくずれている場合には、再生クロック信号初期化手段１０Ｂを動作させ、同期範囲の広い位相周波数比較器１０５を活用することができる。なお、モニタ部１０９の存在によって、起動直後等で、電圧制御型発振器の出力する再生クロック信号の周波数が安定しない状態を確実に検出することができる。
【００５０】
また、故障した宅側装置から周波数がずれたバースト信号を受信した場合、当該バースト信号を再生クロック信号生成手段１０Ａの入力として与え続けると、電圧制御型発振器１０４の発振周波数が外れていく可能性がある。このような状態をモニタ部１０９で検出した場合には、電圧制御型発振器１０４の発振周波数が所定範囲から外れる前に、再生クロック信号生成手段１０Ａの入力を、参照クロック信号の周波数を逓倍した逓倍クロック信号に切り替えてやればよい。これにより、電圧制御型発振器１０４の発振周波数が所定範囲から外れることを防止でき、他の正常な宅側装置からのバースト信号を確実に受信することができる。
【００５１】
かかるクロック・データ再生回路１０を備えた局側装置１（図１）は、再生クロック信号を生成するに当たって、一時的に周波数が大きくずれるという現象の発生を防止することができるので、再生クロック信号は迅速に安定し、確実に次のバースト信号を受信することができる。
【００５２】
《クロック・データ再生回路：第２実施形態》
図７は、本発明の第２実施形態に係るクロック・データ再生回路１０の内部構成を示すブロック図である。図４との違いは、モニタ部１０９に対する入出力である。すなわち、このモニタ部１０９は、分周器１０６の出力と、参照クロック信号とを受け取るよう接続されており、分周クロック信号の周波数と参照クロック信号の周波数とを監視する。また、モニタ部１０９の出力は、切替制御部１０７に付与される。
【００５３】
この場合、モニタ部１０９は、例えばクロック・データ再生回路１０の起動直後で再生クロック信号の発振周波数が安定しないとき、分周クロック信号の周波数が参照クロック信号の周波数に近づいて安定するまでは、切替制御部１０７による制御ループの選択動作を抑制して、再生クロック信号初期化手段１０Ｂを動作させる。分周クロック信号の周波数が安定すると、モニタ部１０９は、切替制御部１０７に対して制御ループ１の選択を許可（enable信号出力）して、再生クロック信号生成手段１０Ａを動作させる。
【００５４】
このようにして、起動直後等において電圧制御型発振器１０４の出力する再生クロック信号の周波数が安定しない（大きくずれている）ときには、同期範囲の広い再生クロック信号初期化手段１０Ｂを動作させて、分周クロック信号の周波数が参照クロック信号の周波数に近づくよう、再生クロック信号を生成することができる。なお、監視する周波数が第１実施形態より低い点で、モニタ部１０９の設計が容易である。
【００５５】
《クロック・データ再生回路：第３実施形態》
図８は、本発明の第３実施形態に係るクロック・データ再生回路１０の内部構成を示すブロック図である。図４との違いは、モニタ部１０９に対する入力の違いにある。すなわち、図８におけるモニタ部１０９は、クロック・データ再生回路１０への入力（制御電圧）を受け取るよう接続されている。また、モニタ部１０９の出力は、切替制御部１０７に与えられる。
【００５６】
このモニタ部１０９は、周波数ではなく電圧を監視している。すなわち、このモニタ部１０９は、電圧制御型発振器１０４の制御電圧が所定範囲内にある場合にのみ、切替制御部１０７に対して制御ループ１の選択を許可し、再生クロック信号生成手段１０Ａを動作させることができる。制御電圧が所定範囲内になければ、切替制御部１０７に対して制御ループ１の選択は許可されず、制御ループ２の再生クロック信号初期化手段１０Ｂが動作する。
【００５７】
このような構成によれば、再生クロック信号の周波数と対応した制御電圧の監視により、簡易に、再生クロック信号の周波数を概ね等価的に監視することができる。また、制御電圧が所定範囲内にある場合にのみ、周波数が初期化されているものとして、切替制御部１０７による動作選択を許可することができる。なお、再生クロック信号を監視する場合、発振周波数を調べるのに再生クロックをカウント（積分）する必要があるが、制御電圧を監視する場合には、制御電圧が発振周波数に対応するため、高速に発振周波数を検出することができる。
【００５８】
《その他》
なお、上記各実施形態に係るクロック・データ再生回路１０における分周器１０６は、分周比を１／６４とするものであるが、これは一例であり、分周比は、位相周波数比較器１０５の動作可能速度を考慮して選択することができる。
【００５９】
なお、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００６０】
１ 局側装置
２ 宅側装置
３，５ 光ファイバ
１０ クロック・データ再生回路
１０Ａ 再生クロック信号生成手段
１０Ｂ 再生クロック信号初期化手段
１０１ 位相比較器
１０４ 電圧制御型発振器
１０５ 位相周波数比較器
１０６ 分周器
１０７ 切替制御部
１０９ モニタ部
１１０ 周波数逓倍部
１１１ 入力選択部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力されたデータ信号に基づいてクロック信号及びデータ信号を再生するクロック・データ再生回路であって、
入力された信号と位相が同期するように再生クロック信号を生成する再生クロック信号生成手段と、
参照クロック信号の周波数をデータ信号相当の周波数に逓倍して逓倍クロック信号を生成する周波数逓倍部と、
前記データ信号としてのバースト信号が入力されているときは当該バースト信号を前記再生クロック信号生成手段に入力として与え、バースト信号が入力されていないときは前記逓倍クロック信号を前記再生クロック信号生成手段に入力として与える入力選択部と
を備えたことを特徴とするクロック・データ再生回路。
【請求項２】
入力されたデータ信号に基づいてクロック信号及びデータ信号を再生するクロック・データ再生回路であって、
位相比較器を含み、入力された信号と位相が同期するように再生クロック信号を生成する再生クロック信号生成手段と、
位相周波数比較器を含み、出力信号となるべき再生クロック信号を分周して得た分周クロック信号の周波数が参照クロック信号の周波数に近づくように再生クロック信号を生成する再生クロック信号初期化手段と、
前記参照クロック信号の周波数をデータ信号相当の周波数に逓倍して逓倍クロック信号を生成する周波数逓倍部と、
前記再生クロック信号の周波数が所定範囲外にあるときは前記再生クロック信号初期化手段により再生クロック信号を生成させ、前記再生クロック信号の周波数が所定範囲内にあるときは前記再生クロック信号生成手段により再生クロック信号を生成させる切替制御部と、
前記再生クロック信号の周波数が所定範囲内にあって前記データ信号としてのバースト信号が入力されている状態では当該バースト信号を前記再生クロック信号生成手段に入力として与え、前記再生クロック信号の周波数が所定範囲内にあってバースト信号が入力されていない状態では前記逓倍クロック信号を前記再生クロック信号生成手段に入力として与える入力選択部と
を備えたことを特徴とするクロック・データ再生回路。
【請求項３】
前記データ信号相当の周波数とは、データ信号が１／０交番信号であるとしたときの周波数である請求項１又は２に記載のクロック・データ再生回路。
【請求項４】
前記再生クロック信号を出力する電圧制御型発振器と、前記再生クロック信号の周波数を監視するモニタ部とを備えた請求項２又は３記載のクロック・データ再生回路。
【請求項５】
前記再生クロック信号を出力する電圧制御型発振器と、当該電圧制御型発振器の制御電圧を監視するモニタ部とを備えた請求項２又は３記載のクロック・データ再生回路。
【請求項６】
光ファイバを介して複数の宅側装置と接続され、当該宅側装置が送信したデータ信号に基づいてクロック信号及びデータ信号を再生する局側装置であって、
請求項１〜５のいずれか１項に記載のクロック・データ再生回路を備えた局側装置。
【請求項７】
入力されたデータ信号に基づいてクロック信号及びデータ信号を再生するクロック・データ再生方法であって、
参照クロック信号の周波数をデータ信号相当の周波数に逓倍して逓倍クロック信号を生成し、
前記データ信号としてのバースト信号が入力されているときは当該バースト信号と位相が同期するように再生クロック信号を生成し、バースト信号が入力されていないときは前記逓倍クロック信号と位相が同期するように再生クロック信号を生成する
ことを特徴とするクロック・データ再生方法。
【請求項１】
入力されたデータ信号に基づいてクロック信号及びデータ信号を再生するクロック・データ再生回路であって、
入力された信号と位相が同期するように再生クロック信号を生成する再生クロック信号生成手段と、
参照クロック信号の周波数をデータ信号相当の周波数に逓倍して逓倍クロック信号を生成する周波数逓倍部と、
前記データ信号としてのバースト信号が入力されているときは当該バースト信号を前記再生クロック信号生成手段に入力として与え、バースト信号が入力されていないときは前記逓倍クロック信号を前記再生クロック信号生成手段に入力として与える入力選択部と
を備えたことを特徴とするクロック・データ再生回路。
【請求項２】
入力されたデータ信号に基づいてクロック信号及びデータ信号を再生するクロック・データ再生回路であって、
位相比較器を含み、入力された信号と位相が同期するように再生クロック信号を生成する再生クロック信号生成手段と、
位相周波数比較器を含み、出力信号となるべき再生クロック信号を分周して得た分周クロック信号の周波数が参照クロック信号の周波数に近づくように再生クロック信号を生成する再生クロック信号初期化手段と、
前記参照クロック信号の周波数をデータ信号相当の周波数に逓倍して逓倍クロック信号を生成する周波数逓倍部と、
前記再生クロック信号の周波数が所定範囲外にあるときは前記再生クロック信号初期化手段により再生クロック信号を生成させ、前記再生クロック信号の周波数が所定範囲内にあるときは前記再生クロック信号生成手段により再生クロック信号を生成させる切替制御部と、
前記再生クロック信号の周波数が所定範囲内にあって前記データ信号としてのバースト信号が入力されている状態では当該バースト信号を前記再生クロック信号生成手段に入力として与え、前記再生クロック信号の周波数が所定範囲内にあってバースト信号が入力されていない状態では前記逓倍クロック信号を前記再生クロック信号生成手段に入力として与える入力選択部と
を備えたことを特徴とするクロック・データ再生回路。
【請求項３】
前記データ信号相当の周波数とは、データ信号が１／０交番信号であるとしたときの周波数である請求項１又は２に記載のクロック・データ再生回路。
【請求項４】
前記再生クロック信号を出力する電圧制御型発振器と、前記再生クロック信号の周波数を監視するモニタ部とを備えた請求項２又は３記載のクロック・データ再生回路。
【請求項５】
前記再生クロック信号を出力する電圧制御型発振器と、当該電圧制御型発振器の制御電圧を監視するモニタ部とを備えた請求項２又は３記載のクロック・データ再生回路。
【請求項６】
光ファイバを介して複数の宅側装置と接続され、当該宅側装置が送信したデータ信号に基づいてクロック信号及びデータ信号を再生する局側装置であって、
請求項１〜５のいずれか１項に記載のクロック・データ再生回路を備えた局側装置。
【請求項７】
入力されたデータ信号に基づいてクロック信号及びデータ信号を再生するクロック・データ再生方法であって、
参照クロック信号の周波数をデータ信号相当の周波数に逓倍して逓倍クロック信号を生成し、
前記データ信号としてのバースト信号が入力されているときは当該バースト信号と位相が同期するように再生クロック信号を生成し、バースト信号が入力されていないときは前記逓倍クロック信号と位相が同期するように再生クロック信号を生成する
ことを特徴とするクロック・データ再生方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−２５８６７８（Ｐ２０１０−２５８６７８Ａ）
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１０５２２０（Ｐ２００９−１０５２２０）
【出願日】平成２１年４月２３日（２００９．４．２３）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月１１日（２０１０．１１．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月２３日（２００９．４．２３）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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