受信機
【課題】 データの伝送速度が低下することなく、かつ伝送媒体の長さに拘わりなく正確にシリアルデータを復調することができる受信機を提供する。
【解決手段】 分周部３２は、同期用クロック信号２６を生成して送信機２１に与える。送信機２１のシリアルデータ生成部２５は、同期用クロック信号２６に同期して、シリアルデータ２４およびストローブ信号２７を送信する。復調用クロック信号生成部３３は、ストローブ信号２７に基づいてシリアルデータ２４の伝送の開始を検出すると、同期用クロック信号２６と同じ信号波形を有し、かつシリアルデータ２４の各ビットのデータの周期内の予め定めるタイミングで立上り、シリアルデータ２４の各ビットのデータを読込むタイミングを表す復調用クロック信号３６を生成する。データ復調部３４は、復調用クロック信号３６に同期してシリアルデータ２４を１ビットずつ順次読込む。
【解決手段】 分周部３２は、同期用クロック信号２６を生成して送信機２１に与える。送信機２１のシリアルデータ生成部２５は、同期用クロック信号２６に同期して、シリアルデータ２４およびストローブ信号２７を送信する。復調用クロック信号生成部３３は、ストローブ信号２７に基づいてシリアルデータ２４の伝送の開始を検出すると、同期用クロック信号２６と同じ信号波形を有し、かつシリアルデータ２４の各ビットのデータの周期内の予め定めるタイミングで立上り、シリアルデータ２４の各ビットのデータを読込むタイミングを表す復調用クロック信号３６を生成する。データ復調部３４は、復調用クロック信号３６に同期してシリアルデータ２４を１ビットずつ順次読込む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クロック同期式のシリアルデータ通信において送信機から送信されるシリアルデータを受信する受信機に関する。
【背景技術】
【０００２】
装置間においてデータを送受信する方式としてシリアル通信方式があり、送信されるシリアルデータをクロック信号に再生するクロック信号再生装置がある（たとえば特許文献１参照）。たとえば従来の技術では、産業用および民生用の電子機器において、複数のコンピュータ間でシリアル通信方式を用いてデータを伝送している。またメカトロニクス関連機器において、コントローラと機構部との間でシリアル通信方式を用いてセンサ信号および動作指令信号を伝送している。
【０００３】
図３は、送信機１と受信機２との電気的構成を示すブロック図である。送信機１と受信機２とは、電線などの電気信号を伝送する伝送媒体によって接続され、この伝送媒体を介してクロック同期式のシリアル通信を行う。
【０００４】
送信機１は、パラレルデータから構成されるデジタルデータ３を、シリアルデータ４に変換するシリアルデータ生成部５によって実現される。デジタルデータ３は、マイクロコンピュータなどによって実現されるデジタルデータ生成部から与えられる。シリアルデータ生成部５は、受信機２から与えられる同期用のクロック信号（以下、同期用クロック信号という）６に同期して、ストローブ信号７および変換したシリアルデータ４を受信機２に与える。
【０００５】
受信機２は、クロック生成部８と、データ復調部９とを含んで構成される。クロック生成部８は、一定の周波数で高電圧のハイレベルＨと低電圧のローレベルＬとを繰返すクロック信号を生成し、生成したクロック信号を同期用クロック信号６としてシリアルデータ生成部５に与えるとともに、生成したクロック信号を復調用のクロック信号（以下、復調用クロック信号という）１０としてデータ復調部９に与える。同期用クロック信号６と復調用クロック信号１０とは、クロック生成部８によって生成されるクロック信号を分岐して生成されるので、同一の位相を有する。
【０００６】
データ復調部９は、シリアルデータ４の伝送が開始することを表すストローブ信号７を受信すると、復調用クロック信号１０に同期してシリアルデータ４を１ビットずつ読込む。
【０００７】
図４は、送信機１または受信機２が送受信するデータのタイミングチャートである。図４において横軸は、時間を表す。図４において、同期用クロック信号６は、シリアルデータ生成部５が受信した信号波形を表し、復調用クロック信号１０、ストローブ信号７、およびシリアルデータ４は、データ復調部９が受信した信号波形を表す。
【０００８】
同期用クロック信号６は、伝送媒体を伝送することによって位相に遅延が生じるので、シリアルデータ生成部５が受信する同期用クロック信号６と、データ復調部９が受信する復調用クロック信号１０とには、位相差が生じる。図４では、伝送媒体の距離が短いと仮定して、この位相差を無視している。また同様にシリアルデータ生成部５が送信するストローブ信号７およびシリアルデータ４と、データ復調部９が受信するストローブ信号７およびシリアルデータ４とには、各データが伝送媒体を伝送することによって位相差が生じるが、図４ではこの位相差を無視している。
【０００９】
ストローブ信号７は、ハイレベルＨのときにシリアルデータ４を伝送していないことを表し、ローレベルＬのときにシリアルデータ４を伝送していることを表す。つまり、ストローブ信号７がハイレベルＨからローレベルＬに立下がると、シリアルデータ４の伝送が開始することを表し、ローレベルＬからハイレベルＨに立上ると、シリアルデータ４の伝送が終了することを表す。シリアルデータ生成部５は、シリアルデータ４の伝送に応じて、同期用クロック信号６の立下りに同期してストローブ信号７をハイレベルＨからローレベルＬまたはローレベルＬからハイレベルＨに切換える。またシリアルデータ生成部５は、同期用クロック信号６の立下りに同期してシリアルデータ４を構成する各ビットのデータを生成して出力する。したがってシリアルデータ４を構成する各ビットのデータの周期Ｔは、同期用クロック信号６および復調用クロック信号１０の周期Ｔ（以下、基本周期Ｔという）と同じである。図４では、シリアルデータ生成部５が、データ（０）からデータ（Ｎ）（記号「Ｎ」は、自然数を表す）までのＮ＋１ビットのシリアルデータ４を伝送するときのシリアルデータ４を示す。前述したようにシリアルデータ４は、伝送媒体を伝送することによって位相に遅延が生じるが、この遅延を無視するので復調用クロック信号１０の立下りにおいてシリアルデータ４を構成する各データが順次切換わる。
【００１０】
時刻ｔ１において復調用クロック信号１０がハイレベルＨからローレベルＬに切換わるときに、これに同期してストローブ信号７がハイレベルＨからローレベルＬに切換わり、シリアルデータ４の伝送が開始する。データ復調部９は、ストローブ信号７の立下りを検出しすることによって、シリアルデータ４の伝送が開始することを検知する。
【００１１】
時刻ｔ１から基本周期Ｔの半周期（Ｔ／２）後の時刻ｔ２において復調用クロック信号１０がローレベルＬからハイレベルＨに切換わる。データ復調部９は、ストローブ信号７がローレベルＬ、すなわちシリアルデータ４が伝送されている状態において復調用クロック信号１０の立上りを検出するとシリアルデータ４を読込むので、この時刻ｔ２においてシリアルデータ４を構成するデータ（０）がハイレベルＨかローレベルＬかを読込む。
【００１２】
次に時刻ｔ３の復調用クロック信号１０の立下りにおいて、ストローブ信号７がローレベルＬを維持しているので、さらにシリアルデータ４が伝送されることを検出するとともに、シリアルデータ４を構成するデータが、データ（０）からデータ（１）に切換わる。以下同様に、データ復調部９は、復調用クロック信号１０の立上りに同期してシリアルデータ４を読込むことによって、シリアルデータ４を１ビットずつ順次読込む。
【００１３】
時刻ｔＸにおいてストローブ信号７がローレベルＬからハイレベルＨに切換わると、データ復調部９は、シリアルデータ４の伝送が終了することを検出して、シリアルデータ４の読込みを終了する。
【００１４】
以上説明したようにデータ復調部９は、復調用クロック信号１０の立上りに同期してシリアルデータ４を読込むことによって、シリアルデータ４を送信機１に同期して読込むことができる。このようにして送信機１から受信機２にシリアルデータ４が送信される。
【００１５】
また同期用クロック信号６を用いずに、送信機１と受信機２との間のデータの送受信を同期して実行するために、送信すべきデジタルデータ３に、同期をとるためのデータを付加したシリアルデータを送信する方法もある。たとえばイーサネット（登録商標）のプロトコルでは、ＭＡＣフレームの先頭にプリアンブルとＳＦＤ（Start of Frame Delimiter）とを設けて送信機と受信機との同期をとっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００２−４４０６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
図４に示すタイミングチャートでは、送信機１と受信機２との間の伝送媒体の長さが短く、伝送媒体を伝送することによって生じる位相の遅延を小さいとして無視しているが、伝送媒体の長さが長くなるほど位相の遅延が大きくなり、位相の遅延を無視することができなくなる。
【００１８】
シリアルデータ生成部５が受信する同期用クロック信号６の位相は、伝送媒体を伝送するので、データ復調部９が受信する復調用クロック信号１０の位相に対して遅れが生じる。シリアルデータ生成部５が送信するストローブ信号７およびシリアルデータ４は、この位相遅延が生じた同期用クロック信号６に同期して生成されるので、同期用クロック信号６と同様に復調用クロック信号１０の位相に対して遅れが生じる。データ復調部９が受信するストローブ信号７およびシリアルデータ４は、伝送媒体を伝送することによって復調用クロック信号１０の位相に対してさらに位相遅延が生じる。すなわちデータ復調部９が受信するストローブ信号７およびシリアルデータ４は、データ復調部９が受信する復調用クロック信号１０の位相に対して伝送媒体を往復する場合に相当する位相遅延が生じる。たとえば２Ｍｈｚのクロック信号が、光速で伝送媒体を伝送する場合、７５メートルで半周期の位相遅延が発生する。電線から成る伝送媒体を伝送する場合には、７５メートルよりも短い距離で半周期の位相遅延が生じる。データ復調部９は、伝送媒体の長さ、すなわち位相遅延に無関係に復調用クロック信号１０に同期してシリアルデータ４を読込むので、位相遅延が大きくなるとシリアルデータを正確にデジタルデータ３に復調することができない場合がある。
【００１９】
図５は、一例として復調用クロック信号１０の位相に対して同期用クロック信号６の位相に４分の１周期（Ｔ／４）の遅延が生じた場合の送信機１または受信機２が受信するデータのタイミングチャートである。ストローブ信号７およびシリアルデータ４は、復調用クロック信号１０に対して４分の１周期（Ｔ／４）位相の遅れた同期用クロック信号６に同期して送信される。したがってデータ復調部９が受信するストローブ信号７およびシリアルデータ４は、伝送媒体を伝送することによって復調用クロック信号１０に対して半周期（Ｔ／２）の位相遅延が生じる。
【００２０】
時刻ｔ１において復調用クロック信号１０が立下がるとともに、受信機２から送信される同期用クロック信号６も立下がる。シリアルデータ生成部５は、同期用クロック信号６に位相遅延が生じるので、この同期用クロック信号６の立下りを時刻ｔ１から４分の１周期（Ｔ／４）後の時刻ｔ２において受信する。シリアルデータ生成部５は、時刻ｔ２において同期用クロック信号６の立下りに同期してストローブ信号７をハイレベルＨからローレベルＬに切換えるとともに、シリアルデータ４の伝送を開始する。データ復調部９は、ストローブ信号７の立下りおよびシリアルデータ４の伝送の開始を、時刻ｔ２から４分の１周期（Ｔ／４）後の時刻ｔ３において受信する。この時刻ｔ３において復調用クロック信号１０が立上る。
【００２１】
データ復調部９は、復調用クロック信号１０の立上りと、シリアルデータ４の伝送の開始とを時刻ｔ３において同時に受信するので、以後復調用クロック信号１０の立上りと、シリアルデータ４を構成する各ビットのデータの切換わりとを同時に受信する。すなわちデータ復調部９は、時刻ｔ３から基本周期Ｔ後の時刻ｔ４において復調用クロック信号１０の立上りを受信すると同時に、データ（０）から切換わるデータ（１）を受信する。さらにデータ復調部９は、時刻ｔ４から基本周期Ｔ後の時刻ｔ５において復調用クロック信号１０の立上りを受信すると同時に、データ（１）から切換わるデータ（２）を受信する。前述したように、データ復調部９は、ストローブ信号７がローレベルＬにおいて復調用クロック信号１０の立上りに同期してシリアルデータ４を読込ので、シリアルデータ４を構成する各ビットのデータが切換わるときにシリアルデータ４を読込むことになる。シリアルデータ４がローレベルＬからハイレベルＨまたはハイレベルＨからローレベルＬに切換わる場合には、シリアルデータ４がローレベルＬからハイレベルＨまたはハイレベルＨからローレベルＬに切換わってから安定するまでに所定の時間を要するので、シリアルデータ４を構成する各ビットのデータが切換わる時刻では、シリアルデータ４は、ハイレベルＨかローレベルＬかのいずれか一方に安定していない。このようにデータ復調部９は、シリアルデータ４がローレベルＬかハイレベルＨかの不安定な状況の時刻においてシリアルデータ４を読込むので、データ復調部９は、正確にシリアルデータ４を読込むことができず、シリアルデータ４をパラレルデータから成るデジタルデータ３に正確に復調することができない。
【００２２】
このような位相遅延を補償するために、伝送媒体の長さに基づいて位相遅延を逆算して、復調用クロック信号１０に対してシリアルデータ４を読込むタイミングを調整することが考えられる。この場合は、伝送媒体の長さに応じてシリアルデータ４を読込むタイミングを調整する必要が生じ、受信機２の汎用性が低くなる。
【００２３】
また同期用クロック信号６を用いずに、送信機と受信機との間のデータの送受信を同期して実行するために、送信すべきデジタルデータに、同期をとるためのデータを付加したシリアルデータを送信する場合には、デジタルデータに同期用のデータを付加するので、冗長度が増大して伝送速度が低下するという問題が生じる。
【００２４】
したがって本発明の目的は、データの伝送速度が低下することなく、かつ伝送媒体の長さに拘わりなく正確にシリアルデータを復調することができる受信機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明は、受信する同期用のクロック信号に同期してシリアルデータおよびこのシリアルデータを伝送するタイミングを表すストローブ信号を送信する送信機に対して送信する前記同期用のクロック信号を生成する同期用クロック信号生成手段と、
前記送信機から送信されるストローブ信号に基づいてシリアルデータの伝送の開始を検出すると、前記同期用のクロック信号と同じ信号波形を有し、かつ前記送信機から送信されるシリアルデータの各ビットのデータの周期内の予め定めるタイミングで立上りまたは立下り、前記送信機から送信されるシリアルデータの各ビットのデータを読込むタイミングを表す復調用のクロック信号を生成する復調用クロック信号生成手段と、
復調用のクロック信号に同期して前記シリアルデータを１ビットずつ順次読込むデータ読込み手段とを含むことを特徴とする受信機である。
【００２６】
また本発明は、前記同期用のクロック信号および前記復調用のクロック信号よりも周波数の高い基準クロック信号を生成する基準クロック信号生成手段をさらに含み、
前記同期用クロック信号生成手段は、基準クロック信号を分周することによって同期用のクロック信号を生成し、
前記復調用クロック信号生成手段は、基準クロック信号を分周することによって復調用のクロック信号を生成することを特徴とする。
【００２７】
また本発明は、前記予め定めるタイミングは、シリアルデータの各ビットの最も安定していると推定される周期の半周期近傍の時刻であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、同期用クロック信号生成手段は、同期用のクロック信号を生成して送信機に与える。送信機は、受信機から与えられる同期用のクロック信号に同期して、ストローブ信号と、シリアルデータとを送信する。ストローブ信号は、シリアルデータを伝送するタイミングを表す。
【００２９】
送信機から受信機にデータが伝送されるまでの間に、データの位相に遅延が生じる。送信機と受信機との間におけるストローブ信号とシリアルデータとの伝送距離は、ほぼ等しいので、互いの位相遅延の大きさもほぼ等しくなる。復調用クロック信号生成手段は、シリアルデータとほぼ等しい位相遅延の生じるストローブ信号に基づくことによって、送信機と受信機との間の伝送距離に無関係にシリアルデータの伝送の開始のタイミングを確実に検出することができる。復調用クロック信号生成手段は、検出したシリアルデータの伝送の開始のタイミングに合わせて、各ビットのデータを読込むタイミングを表す復調用のクロック信号を生成する。復調用のクロック信号は、同期用のクロック信号と同じ信号波形を有し、シリアルデータの各ビットのデータの周期内の予め定めるタイミングにおいて立上りまたは立下がる。
【００３０】
送信機は、受信機から与えられる同期用のクロック信号に同期してデータを送信するので、送信機から送信されるシリアルデータの各ビットのデータの周波数は、受信機が与える同期用のクロック信号に確実に一致する。復調用クロック信号生成手段が生成する復調用のクロック信号の周波数は、同期用のクロック信号の周波数と同じなので、シリアルデータの各ビットのデータの周波数と同じである。したがって、時系列においてシリアルデータの各ビットのうちの先頭のビットのデータの周期内の予め定めるタイミングにおいて、データを読込むタイミングを表す復調用のクロック信号を生成すると、おのずとシリアルデータの各ビットのデータの周期内の予め定めるタイミングにおいて、各ビットのデータを読込むタイミングを表す復調用のクロック信号が順次生成される。
【００３１】
データ読込み手段は、復調用のクロック信号に同期してシリアルデータを１ビットずつ順次読込むことによって、シリアルデータの各ビットのデータに同期してシリアルデータを確実に読込むことができる。このように、送信機と受信機との間のデータの伝送距離に無関係にシリアルデータの伝送の開始のタイミングを確実に検出して、このシリアルデータの伝送の開始に合わせて復調用のクロック信号を生成するので、従来の技術のようにシリアルデータを読込むタイミングがデータの伝送距離に依存して変わることがなくなる。したがって従来の技術のように、所定のデータの伝送距離の場合に、シリアルデータの各ビットのデータが切換わるタイミングでシリアルデータを読込むことがなくなり、データの伝送距離に無関係に正確にシリアルデータを読込むことができる。
【００３２】
また同期をとるためのデータを付加したシリアルデータを送信する必要がないので、冗長度が増大することがなく、データの伝送速度が低下しない。
【００３３】
また本発明によれば、同期用のクロック信号と復調用のクロック信号とは、基準クロック信号を分周することによって生成される。同期用のクロック信号と復調用のクロック信号とをそれぞれ別々の発振回路を用いて生成する場合に、互いの周波数を一致させるのは困難であるが、基準クロック信号を分周することによって同期用のクロック信号の周波数と復調用のクロック信号の周波数とを容易に一致させることができる。また基準クロック信号を発生する発振回路だけで同期用のクロック信号と復調用のクロック信号とを生成することができるので、各クロック信号をそれぞれ別々の発振回路を用いて発生させる場合に比べて受信機の構成が簡易になる。
【００３４】
また本発明によれば、復調用クロック信号生成手段は、シリアルデータの各ビットの最も安定していると推定される周期の半周期近傍の時刻においてシリアルデータを読込むタイミングを表す復調用のクロック信号を生成する。データ読込み手段は、この復調用のクロック信号に同期してシリアルデータを読込むので、シリアルデータの各ビットのデータが切換わる時刻から最も離れた時刻においてシリアルデータを読込む。シリアルデータの各ビットのデータが切換わる時刻から最も離れた時刻は、シリアルデータが最も安定していると推定される時刻なので、この時刻においてシリアルデータを読込むことによって、最も正確にシリアルデータを読込むことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施の一形態の送信機２１と、受信機２２との電気的構成を示すブロック図である。
【図２】送信機２１または受信機２２がそれぞれ受信するデータおよび高周波クロック信号３５のタイミングチャートである。
【図３】送信機１と受信機２との電気的構成を示すブロック図である。
【図４】送信機１または受信機２が受信するデータのタイミングチャートである。
【図５】一例として復調用クロック信号１０の位相に対して同期用クロック信号６の位相に４分の１周期（Ｔ／４）の遅延が生じた場合の送信機１または受信機２が受信するデータのタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
図１は、本発明の実施の一形態の送信機２１と、受信機２２との電気的構成を示すブロック図である。送信機２１と受信機２２とは、電線などの電気信号を伝送する伝送媒体によって接続され、この伝送媒体を介してクロック同期式のシリアル通信を行う送受信システムを構成する。送信機２１と受信機２２とは、たとえば産業用および民生用の電子機器に設けられ、複数のコンピュータ間でデータを伝送したり、メカトロニクス関連機器に設けられ、コントローラと機構部との間でセンサ信号および動作指令信号を伝送したりする。
【００３７】
送信機２１は、パラレルデータから構成されるデジタルデータ２３を、シリアルデータ２４に変換するシリアルデータ生成部２５によって実現される。デジタルデータ２３は、たとえば８ビットまたは１６ビットのパラレルデータによって構成され、マイクロコンピュータなどによって実現されるデジタルデータ生成部によって生成される。シリアルデータ生成部２５は、受信機２２から与えられる同期用のクロック信号（以下、同期用クロック信号という）２６に同期して、ストローブ信号２７および変換したシリアルデータ２４を受信機２２に与える。
【００３８】
ストローブ信号２７は、シリアルデータ２４を伝送するタイミングを表す。本実施の形態ではストローブ信号２７は、ローレベルＬのときにシリアルデータ２４を伝送していることを表し、ハイレベルＨのときにシリアルデータ２４を伝送していないことを表す。つまり、ストローブ信号２７がハイレベルＨからローレベルＬに立下がると、シリアルデータ２４の伝送が開始することを表し、ローレベルＬからハイレベルＨに立上ると、シリアルデータ２４の伝送が終了することを表す。シリアルデータ生成部２５は、シリアルデータ２４の伝送に応じて、同期用クロック信号２６の立下りに同期してストローブ信号２７をハイレベルＨからローレベルＬまたはローレベルＬからハイレベルＨに切換える。またシリアルデータ生成部２５は、同期用クロック信号２６の立下りに同期してシリアルデータ２４の各ビットのデータを生成して出力する。したがってシリアルデータ２４の各ビットのデータの周期Ｔは、同期用クロック信号２６の周期（以下、基本周期という）Ｔと同じである。本実施の形態では、データ（０）からデータ（Ｎ）までのＮ＋１ビットのシリアルデータ２４を送信機２１が送信して、受信機２２がこのシリアルデータ２４を受信する手順について説明する。シリアルデータ生成部２５は、たとえばシフトレジスタを含んで構成されるパラレル―シリアル変換回路によって実現される。
【００３９】
受信機２２は、基準クロック信号生成手段に相当するクロック信号生成部３１と、同期用クロック信号生成手段に相当する分周部３２と、復調用クロック信号生成部３３と、データ読込み手段に相当するデータ復調部３４とを含んで構成される。クロック信号生成部３１は、一定の周波数で高電圧のハイレベルＨと低電圧のローレベルＬとを繰返す高周波クロック信号３５を生成し、生成した高周波クロック信号３５を分周部３２に与えるとともに、復調用クロック信号生成部３３にも与える。クロック信号生成部３１は、たとえば水晶振動子を含んで構成される発振回路によって実現される。
【００４０】
分周部３２は、クロック信号生成部３１から与えられる高周波クロック信号３５をｎ分周（記号「ｎ」は、２以上の自然数を示す）して低周波数の同期用クロック信号２６を生成し、生成した同期用クロック信号２６をシリアルデータ生成部２５に与える。本実施の形態では分周部３２は、高周波クロック信号３５を８分周して同期用クロック信号２６を生成する。すなわち同期用クロック信号２６の周波数は、高周波クロック信号３５の周波数ｆの８分の１（ｆ／８）である。分周部３２は、たとえばフリップフロップを含んで構成されるｎ進カウンタによって実現される。
【００４１】
復調用クロック信号生成部３３は、ストローブ信号２７に基づいてシリアルデータ２４の伝送の開始を検出すると、シリアルデータ２４の各ビットのデータの周期Ｔ内の予め定めるタイミングにおいて、前記各ビットのデータを読込むタイミングを表す復調用のクロック信号（以下、復調用クロック信号という）３６を生成する。この復調用クロック信号３６は、シリアルデータ２４の各ビットのデータの周期Ｔ内の予め定めるタイミングにおいて立上るまたは立下がる。復調用クロック信号３６の周期Ｔは、同期用クロック信号２６の周期Ｔと等しく選ばれる。また本実施の形態において予め定めるタイミングは、シリアルデータ２４の各ビットのデータの半周期（Ｔ／２）に選ばれる。
【００４２】
本発明の他の実施形態では、８分周に限らずに遅延がＴ／４のとき２分周でもよいが、遅延量によっては、データの最も安定する中央部から外れることがあり得るため、前述の実施形態では、より中央に近いポイントをサンプリングできる例として８分周とした。
【００４３】
送信機２１から受信機２２にデータが伝送されるまでの間に、データの位相に遅延が生じる。送信機２１と受信機２２との間におけるストローブ信号２７とシリアルデータ２４との伝送距離は、ほぼ等しいので、互いの位相遅延の大きさもほぼ等しくなる。復調用クロック信号生成部３３は、シリアルデータ２４とほぼ等しい位相遅延が生じるストローブ信号２７に基づくことによって、送信機２１と受信機２２との間の伝送距離に無関係にシリアルデータ２４の伝送の開始のタイミングを確実に検出することができる。具体的には、復調用クロック信号生成部３３は、ストローブ信号２７の立下りを検出することによってシリアルデータ２４の復調の開始を検出する。
【００４４】
復調用クロック信号生成部３３は、ストローブ信号２７がローレベルＬのときに、クロック信号生成部３１から与えられる高周波クロック信号３５を分周して低周波の復調用クロック信号３６を生成し、生成した復調用クロック信号３６をデータ復調部３４に与える。すなわち復調用クロック信号生成部３３は、ストローブ信号２７の立下がりに同期して復調用クロック信号３６の送信を開始し、ストローブ信号２７が立上ると復調用クロック信号３６の送信を停止する。本実施の形態では復調用クロック信号生成部３３は、シリアルデータ２４の各ビットのデータの周期Ｔ内の予め定めるタイミングにおいて立上る復調用クロック信号３６を生成する。すなわち復調用クロック信号生成部３３は、シリアルデータ２４の各ビットのデータが切換わる時刻から基本周期Ｔの半周期（Ｔ／２）後に立上る復調用クロック信号３６を生成する。
【００４５】
復調用クロック信号生成部３３は、同期用クロック信号２６と同じ信号波形を有する復調用クロック信号３６を生成する。本実施の形態では復調用クロック信号生成部３３は、高周波クロック信号３５を８分周して復調用クロック信号３６を生成する。すなわち復調用クロック信号３６の周波数は、高周波クロック信号３５の周波数ｆの８分の１（ｆ／８）である。
【００４６】
このように同期用クロック信号２６と復調用クロック信号３６とは、高周波クロック信号３５を分周することによって生成される。同期用クロック信号２６と復調用クロック信号３６とをそれぞれ別々の発振回路を用いて生成する場合に、互いの周波数を一致させるのは困難であるが、高周波クロック信号３５を分周することによって同期用クロック信号２６の周波数と復調用クロック信号３６の周波数とを容易に一致させることができる。また高周波クロック信号３５を発生するクロック信号生成部３１だけで同期用クロック信号２６と復調用クロック信号３６とを生成することができるので、各クロック信号をそれぞれ別々の発振回路を用いて発生させる場合に比べて受信機２２の構成が簡易になる。
【００４７】
前述したように、シリアルデータ生成部２５から送信されるシリアルデータ２４の各ビットのデータの周期Ｔは、同期用クロック信号２６の周期Ｔと等しい。復調用クロック信号生成部３３が生成する復調用クロック信号３６の周波数は、同期用クロック信号２６の周波数と同じなので、シリアルデータ２４の各ビットのデータの周波数と同じである。したがって、時系列においてシリアルデータ２４の各ビットのうちの先頭のビットのデータの周期Ｔ内の予め定めるタイミングにおいて、データを読込むタイミングを表す復調用クロック信号３６を生成すると、おのずとシリアルデータ２４の各ビットのデータの周期Ｔ内の予め定めるタイミングにおいて、各ビットのデータを読込むタイミングを表す復調用クロック信号３６が順次生成される。
【００４８】
復調用クロック信号生成部３３は、たとえばセレクト回路とｎ進カウンタによって実現される。セレクト回路は、ストローブ信号２７がローレベルＬのときに高周波クロック信号３５を通過させてｎ進カウンタに与え、ストローブ信号２７がハイレベルＨのときに高周波クロック信号３５を遮断してｎ進カウンタに与えない。セレクト回路は、たとえばストローブ信号２７を反転するインバータと、インバータからの出力および高周波クロック信号３５が入力されるＡＮＤ回路によって実現される。
【００４９】
データ復調部３４は、送信機２１からストローブ信号２７が与えられる。データ復調部３４が受信するストローブ信号２７は、復調用クロック信号生成部３３が受信するストローブ信号２７を分岐した信号である。データ復調部３４は、シリアルデータ２４の伝送が開始することを表すストローブ信号２７を受信すると、復調用クロック信号３６に同期してシリアルデータ２４を１ビットずつ読込む。データ復調部３４は、たとえばシフトレジスタを含んで構成されるシリアル―パラレル変換回路を含んで構成される。
【００５０】
シリアル―パラレル変換回路は、復調用クロック信号３６の立上りに同期してシリアルデータ２４を読込んで、シリアルデータ２４をパラレルデータから成るデジタルデータ２３に復調する。
【００５１】
図２は、送信機２１または受信機２２がそれぞれ受信するデータおよび高周波クロック信号３５のタイミングチャートである。図２において横軸は、時間を表す。図２において、同期用クロック信号２６は、シリアルデータ生成部２５が受信した信号波形を表し、復調用クロック信号３６、ストローブ信号２７、およびシリアルデータ２４は、データ復調部３４が受信した信号波形を表す。本実施の形態では、伝送線路をデータが伝送することによって、同期用クロック信号２６の基本周期Ｔに対して４分の１周期（Ｔ／４）の位相遅延が生じる場合について説明する。
【００５２】
シリアルデータ生成部２５は、時刻ｔ１において同期用クロック信号２６の立下りに同期してストローブ信号２７をハイレベルＨからローレベルＬに切換えるとともに、シリアルデータ２４の送信を開始する。ストローブ信号２７およびシリアルデータ２４は、伝送線路を伝送することによって位相遅延が生じ、時刻ｔ１から基本周期Ｔの４分の１周期（Ｔ／４）後の時刻ｔ２にデータ復調部３４に伝送される。時刻ｔ２では、復調用クロック生成部３３が受信するストローブ信号２７がハイレベルＨからローレベルＬに切換わる。
【００５３】
復調用クロック信号生成部３３は、時刻ｔ２においてストローブ信号２７がハイレベルＨからローレベルＬに切換わると、高周波クロック信号３５のカウントを開始して、復調用クロック信号３６の生成を開始する。この復調用クロック信号３６の周波数は、前述したように高周波クロック信号３５の周波数ｆの８分の１（ｆ／８）なので、時刻ｔ２から基本周期Ｔの半周期（Ｔ／２）後の時刻ｔ３において復調用クロック信号３６がローレベルＬからハイレベルＨに立上る。以後復調用クロック信号生成部３３は、ストローブ信号２７がローレベルＬからハイレベルＨに切換わるまで基本周期Ｔの復調用クロック信号３６をデータ復調部３４に与え続ける。
【００５４】
データ復調部３４は、復調用クロック信号３６の立上りに同期してシリアルデータ２４を読込むので、復調用クロック信号３６の立上る時刻ｔ３においてデータ（０）を読込む。時刻ｔ３から基本周期Ｔの半周期（Ｔ／２）後の時刻ｔ４では、復調用クロック信号３６が立下がるとともに、シリアルデータ２４がデータ（０）からデータ（１）に切換わる。時刻ｔ４から基本周期Ｔの半周期（Ｔ／２）後の時刻ｔ５では、復調用クロック信号３６がローレベルＬからハイレベルＨに立上るので、データ復調部３４は、データ（１）を読込む。以後、ストローブ信号２７がローレベルＬのときに、データ復調部３４は、復調用クロック信号３６の立上りに同期してシリアルデータ２４の各ビットのデータを順次読込む。
【００５５】
時刻ｔＹにおいて、シリアルデータ生成部２５は、同期用クロック信号２６の立下りに同期してストローブ信号２７をローレベルＬからハイレベルＨに切換えるとともに、シリアルデータ２４の送信を停止する。ストローブ信号２７の立上りと、シリアルデータ２４の送信の停止は、伝送媒体を伝送することによって時刻ｔＹから基本周期Ｔの４分の１周期（Ｔ／４）後の時刻ｔＺにデータ復調部３４に到達する。
【００５６】
時刻ｔＺにおいてストローブ信号２７がローレベルＬからハイレベルＨに立上ると、復調用クロック信号生成部３３は、復調用クロック信号３６の生成を停止するとともに、データ復調部３４は、シリアルデータ２４の読込みを停止する。
【００５７】
データ復調部３４は、読込んだシリアルデータ２４をパラレルデータから成るデジタルデータ２３に復調し、マイクロコンピュータなどに与える。
【００５８】
以上説明した本実施の形態の受信機２２によれば、復調用クロック信号生成部３３は、送信機２１と受信機２２との間のデータの伝送距離に無関係にシリアルデータ２４の伝送の開始のタイミングを確実に検出して、このシリアルデータ２４の伝送の開始に合わせて復調用クロック信号３６を生成するので、従来の技術のようにシリアルデータを読込むタイミングがデータの伝送距離に依存して変わることがなくなる。データ復調部３４は、このようにして生成される復調用クロック信号３６に同期してシリアルデータ２４を読込むので、従来の技術のように、所定のデータの伝送距離の場合に、シリアルデータの各ビットのデータが切換わるタイミングでシリアルデータを読込むことがなくなり、データの伝送距離に無関係に正確にシリアルデータ２４を読込むことができる。
【００５９】
また同期をとるためのデータを付加したシリアルデータを送信する必要がないので、冗長度が増大することがなく、データの伝送速度が低下しない。
【００６０】
また本実施の形態の受信機２２によれば、復調用クロック信号生成部３３は、シリアルデータ２４の各ビットの周期Ｔの半周期（Ｔ／２）の時刻においてシリアルデータ２４を読込むタイミングを表す復調用クロック信号３６を生成する。復調用クロック信号生成部３３は、この復調用クロック信号生成部３３に同期してシリアルデータ２４を読込むので、シリアルデータ２４の各ビットのデータが切換わる時刻から最も離れた時刻においてシリアルデータ２４を読込む。シリアルデータ２４の各ビットのデータが切換わる時刻から最も離れた時刻は、シリアルデータ２４が最も安定していると推定される時刻なので、この時刻においてシリアルデータ２４を読込むことによって、最も正確にシリアルデータ２４を読込むことができる。
【００６１】
本実施の形態の受信機２２の分周部３２および復調用クロック信号生成部３３は、高周波クロック信号３５を８分周するとしたけれども、８分周に限らずに、高周波クロック信号３５をｎ分周して同期用クロック信号２６および復調用クロック信号３６をそれぞれ生成してもよい。データ復調部３４は、このような復調用クロック信号３６に同期することによって、正確にシリアルデータ２４を読込むことができる。
【符号の説明】
【００６２】
２１ 送信機
２２ 受信機
２３ デジタルデータ
２４ シリアルデータ
２５ シリアルデータ生成部
２６ 同期用クロック信号
２７ ストローブ信号
３１ クロック生成部
３２ 分周部
３３ 復調用クロック信号生成部
３４ データ復調部
３５ 高周波クロック信号
３６ 復調用クロック信号
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クロック同期式のシリアルデータ通信において送信機から送信されるシリアルデータを受信する受信機に関する。
【背景技術】
【０００２】
装置間においてデータを送受信する方式としてシリアル通信方式があり、送信されるシリアルデータをクロック信号に再生するクロック信号再生装置がある（たとえば特許文献１参照）。たとえば従来の技術では、産業用および民生用の電子機器において、複数のコンピュータ間でシリアル通信方式を用いてデータを伝送している。またメカトロニクス関連機器において、コントローラと機構部との間でシリアル通信方式を用いてセンサ信号および動作指令信号を伝送している。
【０００３】
図３は、送信機１と受信機２との電気的構成を示すブロック図である。送信機１と受信機２とは、電線などの電気信号を伝送する伝送媒体によって接続され、この伝送媒体を介してクロック同期式のシリアル通信を行う。
【０００４】
送信機１は、パラレルデータから構成されるデジタルデータ３を、シリアルデータ４に変換するシリアルデータ生成部５によって実現される。デジタルデータ３は、マイクロコンピュータなどによって実現されるデジタルデータ生成部から与えられる。シリアルデータ生成部５は、受信機２から与えられる同期用のクロック信号（以下、同期用クロック信号という）６に同期して、ストローブ信号７および変換したシリアルデータ４を受信機２に与える。
【０００５】
受信機２は、クロック生成部８と、データ復調部９とを含んで構成される。クロック生成部８は、一定の周波数で高電圧のハイレベルＨと低電圧のローレベルＬとを繰返すクロック信号を生成し、生成したクロック信号を同期用クロック信号６としてシリアルデータ生成部５に与えるとともに、生成したクロック信号を復調用のクロック信号（以下、復調用クロック信号という）１０としてデータ復調部９に与える。同期用クロック信号６と復調用クロック信号１０とは、クロック生成部８によって生成されるクロック信号を分岐して生成されるので、同一の位相を有する。
【０００６】
データ復調部９は、シリアルデータ４の伝送が開始することを表すストローブ信号７を受信すると、復調用クロック信号１０に同期してシリアルデータ４を１ビットずつ読込む。
【０００７】
図４は、送信機１または受信機２が送受信するデータのタイミングチャートである。図４において横軸は、時間を表す。図４において、同期用クロック信号６は、シリアルデータ生成部５が受信した信号波形を表し、復調用クロック信号１０、ストローブ信号７、およびシリアルデータ４は、データ復調部９が受信した信号波形を表す。
【０００８】
同期用クロック信号６は、伝送媒体を伝送することによって位相に遅延が生じるので、シリアルデータ生成部５が受信する同期用クロック信号６と、データ復調部９が受信する復調用クロック信号１０とには、位相差が生じる。図４では、伝送媒体の距離が短いと仮定して、この位相差を無視している。また同様にシリアルデータ生成部５が送信するストローブ信号７およびシリアルデータ４と、データ復調部９が受信するストローブ信号７およびシリアルデータ４とには、各データが伝送媒体を伝送することによって位相差が生じるが、図４ではこの位相差を無視している。
【０００９】
ストローブ信号７は、ハイレベルＨのときにシリアルデータ４を伝送していないことを表し、ローレベルＬのときにシリアルデータ４を伝送していることを表す。つまり、ストローブ信号７がハイレベルＨからローレベルＬに立下がると、シリアルデータ４の伝送が開始することを表し、ローレベルＬからハイレベルＨに立上ると、シリアルデータ４の伝送が終了することを表す。シリアルデータ生成部５は、シリアルデータ４の伝送に応じて、同期用クロック信号６の立下りに同期してストローブ信号７をハイレベルＨからローレベルＬまたはローレベルＬからハイレベルＨに切換える。またシリアルデータ生成部５は、同期用クロック信号６の立下りに同期してシリアルデータ４を構成する各ビットのデータを生成して出力する。したがってシリアルデータ４を構成する各ビットのデータの周期Ｔは、同期用クロック信号６および復調用クロック信号１０の周期Ｔ（以下、基本周期Ｔという）と同じである。図４では、シリアルデータ生成部５が、データ（０）からデータ（Ｎ）（記号「Ｎ」は、自然数を表す）までのＮ＋１ビットのシリアルデータ４を伝送するときのシリアルデータ４を示す。前述したようにシリアルデータ４は、伝送媒体を伝送することによって位相に遅延が生じるが、この遅延を無視するので復調用クロック信号１０の立下りにおいてシリアルデータ４を構成する各データが順次切換わる。
【００１０】
時刻ｔ１において復調用クロック信号１０がハイレベルＨからローレベルＬに切換わるときに、これに同期してストローブ信号７がハイレベルＨからローレベルＬに切換わり、シリアルデータ４の伝送が開始する。データ復調部９は、ストローブ信号７の立下りを検出しすることによって、シリアルデータ４の伝送が開始することを検知する。
【００１１】
時刻ｔ１から基本周期Ｔの半周期（Ｔ／２）後の時刻ｔ２において復調用クロック信号１０がローレベルＬからハイレベルＨに切換わる。データ復調部９は、ストローブ信号７がローレベルＬ、すなわちシリアルデータ４が伝送されている状態において復調用クロック信号１０の立上りを検出するとシリアルデータ４を読込むので、この時刻ｔ２においてシリアルデータ４を構成するデータ（０）がハイレベルＨかローレベルＬかを読込む。
【００１２】
次に時刻ｔ３の復調用クロック信号１０の立下りにおいて、ストローブ信号７がローレベルＬを維持しているので、さらにシリアルデータ４が伝送されることを検出するとともに、シリアルデータ４を構成するデータが、データ（０）からデータ（１）に切換わる。以下同様に、データ復調部９は、復調用クロック信号１０の立上りに同期してシリアルデータ４を読込むことによって、シリアルデータ４を１ビットずつ順次読込む。
【００１３】
時刻ｔＸにおいてストローブ信号７がローレベルＬからハイレベルＨに切換わると、データ復調部９は、シリアルデータ４の伝送が終了することを検出して、シリアルデータ４の読込みを終了する。
【００１４】
以上説明したようにデータ復調部９は、復調用クロック信号１０の立上りに同期してシリアルデータ４を読込むことによって、シリアルデータ４を送信機１に同期して読込むことができる。このようにして送信機１から受信機２にシリアルデータ４が送信される。
【００１５】
また同期用クロック信号６を用いずに、送信機１と受信機２との間のデータの送受信を同期して実行するために、送信すべきデジタルデータ３に、同期をとるためのデータを付加したシリアルデータを送信する方法もある。たとえばイーサネット（登録商標）のプロトコルでは、ＭＡＣフレームの先頭にプリアンブルとＳＦＤ（Start of Frame Delimiter）とを設けて送信機と受信機との同期をとっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００２−４４０６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
図４に示すタイミングチャートでは、送信機１と受信機２との間の伝送媒体の長さが短く、伝送媒体を伝送することによって生じる位相の遅延を小さいとして無視しているが、伝送媒体の長さが長くなるほど位相の遅延が大きくなり、位相の遅延を無視することができなくなる。
【００１８】
シリアルデータ生成部５が受信する同期用クロック信号６の位相は、伝送媒体を伝送するので、データ復調部９が受信する復調用クロック信号１０の位相に対して遅れが生じる。シリアルデータ生成部５が送信するストローブ信号７およびシリアルデータ４は、この位相遅延が生じた同期用クロック信号６に同期して生成されるので、同期用クロック信号６と同様に復調用クロック信号１０の位相に対して遅れが生じる。データ復調部９が受信するストローブ信号７およびシリアルデータ４は、伝送媒体を伝送することによって復調用クロック信号１０の位相に対してさらに位相遅延が生じる。すなわちデータ復調部９が受信するストローブ信号７およびシリアルデータ４は、データ復調部９が受信する復調用クロック信号１０の位相に対して伝送媒体を往復する場合に相当する位相遅延が生じる。たとえば２Ｍｈｚのクロック信号が、光速で伝送媒体を伝送する場合、７５メートルで半周期の位相遅延が発生する。電線から成る伝送媒体を伝送する場合には、７５メートルよりも短い距離で半周期の位相遅延が生じる。データ復調部９は、伝送媒体の長さ、すなわち位相遅延に無関係に復調用クロック信号１０に同期してシリアルデータ４を読込むので、位相遅延が大きくなるとシリアルデータを正確にデジタルデータ３に復調することができない場合がある。
【００１９】
図５は、一例として復調用クロック信号１０の位相に対して同期用クロック信号６の位相に４分の１周期（Ｔ／４）の遅延が生じた場合の送信機１または受信機２が受信するデータのタイミングチャートである。ストローブ信号７およびシリアルデータ４は、復調用クロック信号１０に対して４分の１周期（Ｔ／４）位相の遅れた同期用クロック信号６に同期して送信される。したがってデータ復調部９が受信するストローブ信号７およびシリアルデータ４は、伝送媒体を伝送することによって復調用クロック信号１０に対して半周期（Ｔ／２）の位相遅延が生じる。
【００２０】
時刻ｔ１において復調用クロック信号１０が立下がるとともに、受信機２から送信される同期用クロック信号６も立下がる。シリアルデータ生成部５は、同期用クロック信号６に位相遅延が生じるので、この同期用クロック信号６の立下りを時刻ｔ１から４分の１周期（Ｔ／４）後の時刻ｔ２において受信する。シリアルデータ生成部５は、時刻ｔ２において同期用クロック信号６の立下りに同期してストローブ信号７をハイレベルＨからローレベルＬに切換えるとともに、シリアルデータ４の伝送を開始する。データ復調部９は、ストローブ信号７の立下りおよびシリアルデータ４の伝送の開始を、時刻ｔ２から４分の１周期（Ｔ／４）後の時刻ｔ３において受信する。この時刻ｔ３において復調用クロック信号１０が立上る。
【００２１】
データ復調部９は、復調用クロック信号１０の立上りと、シリアルデータ４の伝送の開始とを時刻ｔ３において同時に受信するので、以後復調用クロック信号１０の立上りと、シリアルデータ４を構成する各ビットのデータの切換わりとを同時に受信する。すなわちデータ復調部９は、時刻ｔ３から基本周期Ｔ後の時刻ｔ４において復調用クロック信号１０の立上りを受信すると同時に、データ（０）から切換わるデータ（１）を受信する。さらにデータ復調部９は、時刻ｔ４から基本周期Ｔ後の時刻ｔ５において復調用クロック信号１０の立上りを受信すると同時に、データ（１）から切換わるデータ（２）を受信する。前述したように、データ復調部９は、ストローブ信号７がローレベルＬにおいて復調用クロック信号１０の立上りに同期してシリアルデータ４を読込ので、シリアルデータ４を構成する各ビットのデータが切換わるときにシリアルデータ４を読込むことになる。シリアルデータ４がローレベルＬからハイレベルＨまたはハイレベルＨからローレベルＬに切換わる場合には、シリアルデータ４がローレベルＬからハイレベルＨまたはハイレベルＨからローレベルＬに切換わってから安定するまでに所定の時間を要するので、シリアルデータ４を構成する各ビットのデータが切換わる時刻では、シリアルデータ４は、ハイレベルＨかローレベルＬかのいずれか一方に安定していない。このようにデータ復調部９は、シリアルデータ４がローレベルＬかハイレベルＨかの不安定な状況の時刻においてシリアルデータ４を読込むので、データ復調部９は、正確にシリアルデータ４を読込むことができず、シリアルデータ４をパラレルデータから成るデジタルデータ３に正確に復調することができない。
【００２２】
このような位相遅延を補償するために、伝送媒体の長さに基づいて位相遅延を逆算して、復調用クロック信号１０に対してシリアルデータ４を読込むタイミングを調整することが考えられる。この場合は、伝送媒体の長さに応じてシリアルデータ４を読込むタイミングを調整する必要が生じ、受信機２の汎用性が低くなる。
【００２３】
また同期用クロック信号６を用いずに、送信機と受信機との間のデータの送受信を同期して実行するために、送信すべきデジタルデータに、同期をとるためのデータを付加したシリアルデータを送信する場合には、デジタルデータに同期用のデータを付加するので、冗長度が増大して伝送速度が低下するという問題が生じる。
【００２４】
したがって本発明の目的は、データの伝送速度が低下することなく、かつ伝送媒体の長さに拘わりなく正確にシリアルデータを復調することができる受信機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明は、受信する同期用のクロック信号に同期してシリアルデータおよびこのシリアルデータを伝送するタイミングを表すストローブ信号を送信する送信機に対して送信する前記同期用のクロック信号を生成する同期用クロック信号生成手段と、
前記送信機から送信されるストローブ信号に基づいてシリアルデータの伝送の開始を検出すると、前記同期用のクロック信号と同じ信号波形を有し、かつ前記送信機から送信されるシリアルデータの各ビットのデータの周期内の予め定めるタイミングで立上りまたは立下り、前記送信機から送信されるシリアルデータの各ビットのデータを読込むタイミングを表す復調用のクロック信号を生成する復調用クロック信号生成手段と、
復調用のクロック信号に同期して前記シリアルデータを１ビットずつ順次読込むデータ読込み手段とを含むことを特徴とする受信機である。
【００２６】
また本発明は、前記同期用のクロック信号および前記復調用のクロック信号よりも周波数の高い基準クロック信号を生成する基準クロック信号生成手段をさらに含み、
前記同期用クロック信号生成手段は、基準クロック信号を分周することによって同期用のクロック信号を生成し、
前記復調用クロック信号生成手段は、基準クロック信号を分周することによって復調用のクロック信号を生成することを特徴とする。
【００２７】
また本発明は、前記予め定めるタイミングは、シリアルデータの各ビットの最も安定していると推定される周期の半周期近傍の時刻であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、同期用クロック信号生成手段は、同期用のクロック信号を生成して送信機に与える。送信機は、受信機から与えられる同期用のクロック信号に同期して、ストローブ信号と、シリアルデータとを送信する。ストローブ信号は、シリアルデータを伝送するタイミングを表す。
【００２９】
送信機から受信機にデータが伝送されるまでの間に、データの位相に遅延が生じる。送信機と受信機との間におけるストローブ信号とシリアルデータとの伝送距離は、ほぼ等しいので、互いの位相遅延の大きさもほぼ等しくなる。復調用クロック信号生成手段は、シリアルデータとほぼ等しい位相遅延の生じるストローブ信号に基づくことによって、送信機と受信機との間の伝送距離に無関係にシリアルデータの伝送の開始のタイミングを確実に検出することができる。復調用クロック信号生成手段は、検出したシリアルデータの伝送の開始のタイミングに合わせて、各ビットのデータを読込むタイミングを表す復調用のクロック信号を生成する。復調用のクロック信号は、同期用のクロック信号と同じ信号波形を有し、シリアルデータの各ビットのデータの周期内の予め定めるタイミングにおいて立上りまたは立下がる。
【００３０】
送信機は、受信機から与えられる同期用のクロック信号に同期してデータを送信するので、送信機から送信されるシリアルデータの各ビットのデータの周波数は、受信機が与える同期用のクロック信号に確実に一致する。復調用クロック信号生成手段が生成する復調用のクロック信号の周波数は、同期用のクロック信号の周波数と同じなので、シリアルデータの各ビットのデータの周波数と同じである。したがって、時系列においてシリアルデータの各ビットのうちの先頭のビットのデータの周期内の予め定めるタイミングにおいて、データを読込むタイミングを表す復調用のクロック信号を生成すると、おのずとシリアルデータの各ビットのデータの周期内の予め定めるタイミングにおいて、各ビットのデータを読込むタイミングを表す復調用のクロック信号が順次生成される。
【００３１】
データ読込み手段は、復調用のクロック信号に同期してシリアルデータを１ビットずつ順次読込むことによって、シリアルデータの各ビットのデータに同期してシリアルデータを確実に読込むことができる。このように、送信機と受信機との間のデータの伝送距離に無関係にシリアルデータの伝送の開始のタイミングを確実に検出して、このシリアルデータの伝送の開始に合わせて復調用のクロック信号を生成するので、従来の技術のようにシリアルデータを読込むタイミングがデータの伝送距離に依存して変わることがなくなる。したがって従来の技術のように、所定のデータの伝送距離の場合に、シリアルデータの各ビットのデータが切換わるタイミングでシリアルデータを読込むことがなくなり、データの伝送距離に無関係に正確にシリアルデータを読込むことができる。
【００３２】
また同期をとるためのデータを付加したシリアルデータを送信する必要がないので、冗長度が増大することがなく、データの伝送速度が低下しない。
【００３３】
また本発明によれば、同期用のクロック信号と復調用のクロック信号とは、基準クロック信号を分周することによって生成される。同期用のクロック信号と復調用のクロック信号とをそれぞれ別々の発振回路を用いて生成する場合に、互いの周波数を一致させるのは困難であるが、基準クロック信号を分周することによって同期用のクロック信号の周波数と復調用のクロック信号の周波数とを容易に一致させることができる。また基準クロック信号を発生する発振回路だけで同期用のクロック信号と復調用のクロック信号とを生成することができるので、各クロック信号をそれぞれ別々の発振回路を用いて発生させる場合に比べて受信機の構成が簡易になる。
【００３４】
また本発明によれば、復調用クロック信号生成手段は、シリアルデータの各ビットの最も安定していると推定される周期の半周期近傍の時刻においてシリアルデータを読込むタイミングを表す復調用のクロック信号を生成する。データ読込み手段は、この復調用のクロック信号に同期してシリアルデータを読込むので、シリアルデータの各ビットのデータが切換わる時刻から最も離れた時刻においてシリアルデータを読込む。シリアルデータの各ビットのデータが切換わる時刻から最も離れた時刻は、シリアルデータが最も安定していると推定される時刻なので、この時刻においてシリアルデータを読込むことによって、最も正確にシリアルデータを読込むことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施の一形態の送信機２１と、受信機２２との電気的構成を示すブロック図である。
【図２】送信機２１または受信機２２がそれぞれ受信するデータおよび高周波クロック信号３５のタイミングチャートである。
【図３】送信機１と受信機２との電気的構成を示すブロック図である。
【図４】送信機１または受信機２が受信するデータのタイミングチャートである。
【図５】一例として復調用クロック信号１０の位相に対して同期用クロック信号６の位相に４分の１周期（Ｔ／４）の遅延が生じた場合の送信機１または受信機２が受信するデータのタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
図１は、本発明の実施の一形態の送信機２１と、受信機２２との電気的構成を示すブロック図である。送信機２１と受信機２２とは、電線などの電気信号を伝送する伝送媒体によって接続され、この伝送媒体を介してクロック同期式のシリアル通信を行う送受信システムを構成する。送信機２１と受信機２２とは、たとえば産業用および民生用の電子機器に設けられ、複数のコンピュータ間でデータを伝送したり、メカトロニクス関連機器に設けられ、コントローラと機構部との間でセンサ信号および動作指令信号を伝送したりする。
【００３７】
送信機２１は、パラレルデータから構成されるデジタルデータ２３を、シリアルデータ２４に変換するシリアルデータ生成部２５によって実現される。デジタルデータ２３は、たとえば８ビットまたは１６ビットのパラレルデータによって構成され、マイクロコンピュータなどによって実現されるデジタルデータ生成部によって生成される。シリアルデータ生成部２５は、受信機２２から与えられる同期用のクロック信号（以下、同期用クロック信号という）２６に同期して、ストローブ信号２７および変換したシリアルデータ２４を受信機２２に与える。
【００３８】
ストローブ信号２７は、シリアルデータ２４を伝送するタイミングを表す。本実施の形態ではストローブ信号２７は、ローレベルＬのときにシリアルデータ２４を伝送していることを表し、ハイレベルＨのときにシリアルデータ２４を伝送していないことを表す。つまり、ストローブ信号２７がハイレベルＨからローレベルＬに立下がると、シリアルデータ２４の伝送が開始することを表し、ローレベルＬからハイレベルＨに立上ると、シリアルデータ２４の伝送が終了することを表す。シリアルデータ生成部２５は、シリアルデータ２４の伝送に応じて、同期用クロック信号２６の立下りに同期してストローブ信号２７をハイレベルＨからローレベルＬまたはローレベルＬからハイレベルＨに切換える。またシリアルデータ生成部２５は、同期用クロック信号２６の立下りに同期してシリアルデータ２４の各ビットのデータを生成して出力する。したがってシリアルデータ２４の各ビットのデータの周期Ｔは、同期用クロック信号２６の周期（以下、基本周期という）Ｔと同じである。本実施の形態では、データ（０）からデータ（Ｎ）までのＮ＋１ビットのシリアルデータ２４を送信機２１が送信して、受信機２２がこのシリアルデータ２４を受信する手順について説明する。シリアルデータ生成部２５は、たとえばシフトレジスタを含んで構成されるパラレル―シリアル変換回路によって実現される。
【００３９】
受信機２２は、基準クロック信号生成手段に相当するクロック信号生成部３１と、同期用クロック信号生成手段に相当する分周部３２と、復調用クロック信号生成部３３と、データ読込み手段に相当するデータ復調部３４とを含んで構成される。クロック信号生成部３１は、一定の周波数で高電圧のハイレベルＨと低電圧のローレベルＬとを繰返す高周波クロック信号３５を生成し、生成した高周波クロック信号３５を分周部３２に与えるとともに、復調用クロック信号生成部３３にも与える。クロック信号生成部３１は、たとえば水晶振動子を含んで構成される発振回路によって実現される。
【００４０】
分周部３２は、クロック信号生成部３１から与えられる高周波クロック信号３５をｎ分周（記号「ｎ」は、２以上の自然数を示す）して低周波数の同期用クロック信号２６を生成し、生成した同期用クロック信号２６をシリアルデータ生成部２５に与える。本実施の形態では分周部３２は、高周波クロック信号３５を８分周して同期用クロック信号２６を生成する。すなわち同期用クロック信号２６の周波数は、高周波クロック信号３５の周波数ｆの８分の１（ｆ／８）である。分周部３２は、たとえばフリップフロップを含んで構成されるｎ進カウンタによって実現される。
【００４１】
復調用クロック信号生成部３３は、ストローブ信号２７に基づいてシリアルデータ２４の伝送の開始を検出すると、シリアルデータ２４の各ビットのデータの周期Ｔ内の予め定めるタイミングにおいて、前記各ビットのデータを読込むタイミングを表す復調用のクロック信号（以下、復調用クロック信号という）３６を生成する。この復調用クロック信号３６は、シリアルデータ２４の各ビットのデータの周期Ｔ内の予め定めるタイミングにおいて立上るまたは立下がる。復調用クロック信号３６の周期Ｔは、同期用クロック信号２６の周期Ｔと等しく選ばれる。また本実施の形態において予め定めるタイミングは、シリアルデータ２４の各ビットのデータの半周期（Ｔ／２）に選ばれる。
【００４２】
本発明の他の実施形態では、８分周に限らずに遅延がＴ／４のとき２分周でもよいが、遅延量によっては、データの最も安定する中央部から外れることがあり得るため、前述の実施形態では、より中央に近いポイントをサンプリングできる例として８分周とした。
【００４３】
送信機２１から受信機２２にデータが伝送されるまでの間に、データの位相に遅延が生じる。送信機２１と受信機２２との間におけるストローブ信号２７とシリアルデータ２４との伝送距離は、ほぼ等しいので、互いの位相遅延の大きさもほぼ等しくなる。復調用クロック信号生成部３３は、シリアルデータ２４とほぼ等しい位相遅延が生じるストローブ信号２７に基づくことによって、送信機２１と受信機２２との間の伝送距離に無関係にシリアルデータ２４の伝送の開始のタイミングを確実に検出することができる。具体的には、復調用クロック信号生成部３３は、ストローブ信号２７の立下りを検出することによってシリアルデータ２４の復調の開始を検出する。
【００４４】
復調用クロック信号生成部３３は、ストローブ信号２７がローレベルＬのときに、クロック信号生成部３１から与えられる高周波クロック信号３５を分周して低周波の復調用クロック信号３６を生成し、生成した復調用クロック信号３６をデータ復調部３４に与える。すなわち復調用クロック信号生成部３３は、ストローブ信号２７の立下がりに同期して復調用クロック信号３６の送信を開始し、ストローブ信号２７が立上ると復調用クロック信号３６の送信を停止する。本実施の形態では復調用クロック信号生成部３３は、シリアルデータ２４の各ビットのデータの周期Ｔ内の予め定めるタイミングにおいて立上る復調用クロック信号３６を生成する。すなわち復調用クロック信号生成部３３は、シリアルデータ２４の各ビットのデータが切換わる時刻から基本周期Ｔの半周期（Ｔ／２）後に立上る復調用クロック信号３６を生成する。
【００４５】
復調用クロック信号生成部３３は、同期用クロック信号２６と同じ信号波形を有する復調用クロック信号３６を生成する。本実施の形態では復調用クロック信号生成部３３は、高周波クロック信号３５を８分周して復調用クロック信号３６を生成する。すなわち復調用クロック信号３６の周波数は、高周波クロック信号３５の周波数ｆの８分の１（ｆ／８）である。
【００４６】
このように同期用クロック信号２６と復調用クロック信号３６とは、高周波クロック信号３５を分周することによって生成される。同期用クロック信号２６と復調用クロック信号３６とをそれぞれ別々の発振回路を用いて生成する場合に、互いの周波数を一致させるのは困難であるが、高周波クロック信号３５を分周することによって同期用クロック信号２６の周波数と復調用クロック信号３６の周波数とを容易に一致させることができる。また高周波クロック信号３５を発生するクロック信号生成部３１だけで同期用クロック信号２６と復調用クロック信号３６とを生成することができるので、各クロック信号をそれぞれ別々の発振回路を用いて発生させる場合に比べて受信機２２の構成が簡易になる。
【００４７】
前述したように、シリアルデータ生成部２５から送信されるシリアルデータ２４の各ビットのデータの周期Ｔは、同期用クロック信号２６の周期Ｔと等しい。復調用クロック信号生成部３３が生成する復調用クロック信号３６の周波数は、同期用クロック信号２６の周波数と同じなので、シリアルデータ２４の各ビットのデータの周波数と同じである。したがって、時系列においてシリアルデータ２４の各ビットのうちの先頭のビットのデータの周期Ｔ内の予め定めるタイミングにおいて、データを読込むタイミングを表す復調用クロック信号３６を生成すると、おのずとシリアルデータ２４の各ビットのデータの周期Ｔ内の予め定めるタイミングにおいて、各ビットのデータを読込むタイミングを表す復調用クロック信号３６が順次生成される。
【００４８】
復調用クロック信号生成部３３は、たとえばセレクト回路とｎ進カウンタによって実現される。セレクト回路は、ストローブ信号２７がローレベルＬのときに高周波クロック信号３５を通過させてｎ進カウンタに与え、ストローブ信号２７がハイレベルＨのときに高周波クロック信号３５を遮断してｎ進カウンタに与えない。セレクト回路は、たとえばストローブ信号２７を反転するインバータと、インバータからの出力および高周波クロック信号３５が入力されるＡＮＤ回路によって実現される。
【００４９】
データ復調部３４は、送信機２１からストローブ信号２７が与えられる。データ復調部３４が受信するストローブ信号２７は、復調用クロック信号生成部３３が受信するストローブ信号２７を分岐した信号である。データ復調部３４は、シリアルデータ２４の伝送が開始することを表すストローブ信号２７を受信すると、復調用クロック信号３６に同期してシリアルデータ２４を１ビットずつ読込む。データ復調部３４は、たとえばシフトレジスタを含んで構成されるシリアル―パラレル変換回路を含んで構成される。
【００５０】
シリアル―パラレル変換回路は、復調用クロック信号３６の立上りに同期してシリアルデータ２４を読込んで、シリアルデータ２４をパラレルデータから成るデジタルデータ２３に復調する。
【００５１】
図２は、送信機２１または受信機２２がそれぞれ受信するデータおよび高周波クロック信号３５のタイミングチャートである。図２において横軸は、時間を表す。図２において、同期用クロック信号２６は、シリアルデータ生成部２５が受信した信号波形を表し、復調用クロック信号３６、ストローブ信号２７、およびシリアルデータ２４は、データ復調部３４が受信した信号波形を表す。本実施の形態では、伝送線路をデータが伝送することによって、同期用クロック信号２６の基本周期Ｔに対して４分の１周期（Ｔ／４）の位相遅延が生じる場合について説明する。
【００５２】
シリアルデータ生成部２５は、時刻ｔ１において同期用クロック信号２６の立下りに同期してストローブ信号２７をハイレベルＨからローレベルＬに切換えるとともに、シリアルデータ２４の送信を開始する。ストローブ信号２７およびシリアルデータ２４は、伝送線路を伝送することによって位相遅延が生じ、時刻ｔ１から基本周期Ｔの４分の１周期（Ｔ／４）後の時刻ｔ２にデータ復調部３４に伝送される。時刻ｔ２では、復調用クロック生成部３３が受信するストローブ信号２７がハイレベルＨからローレベルＬに切換わる。
【００５３】
復調用クロック信号生成部３３は、時刻ｔ２においてストローブ信号２７がハイレベルＨからローレベルＬに切換わると、高周波クロック信号３５のカウントを開始して、復調用クロック信号３６の生成を開始する。この復調用クロック信号３６の周波数は、前述したように高周波クロック信号３５の周波数ｆの８分の１（ｆ／８）なので、時刻ｔ２から基本周期Ｔの半周期（Ｔ／２）後の時刻ｔ３において復調用クロック信号３６がローレベルＬからハイレベルＨに立上る。以後復調用クロック信号生成部３３は、ストローブ信号２７がローレベルＬからハイレベルＨに切換わるまで基本周期Ｔの復調用クロック信号３６をデータ復調部３４に与え続ける。
【００５４】
データ復調部３４は、復調用クロック信号３６の立上りに同期してシリアルデータ２４を読込むので、復調用クロック信号３６の立上る時刻ｔ３においてデータ（０）を読込む。時刻ｔ３から基本周期Ｔの半周期（Ｔ／２）後の時刻ｔ４では、復調用クロック信号３６が立下がるとともに、シリアルデータ２４がデータ（０）からデータ（１）に切換わる。時刻ｔ４から基本周期Ｔの半周期（Ｔ／２）後の時刻ｔ５では、復調用クロック信号３６がローレベルＬからハイレベルＨに立上るので、データ復調部３４は、データ（１）を読込む。以後、ストローブ信号２７がローレベルＬのときに、データ復調部３４は、復調用クロック信号３６の立上りに同期してシリアルデータ２４の各ビットのデータを順次読込む。
【００５５】
時刻ｔＹにおいて、シリアルデータ生成部２５は、同期用クロック信号２６の立下りに同期してストローブ信号２７をローレベルＬからハイレベルＨに切換えるとともに、シリアルデータ２４の送信を停止する。ストローブ信号２７の立上りと、シリアルデータ２４の送信の停止は、伝送媒体を伝送することによって時刻ｔＹから基本周期Ｔの４分の１周期（Ｔ／４）後の時刻ｔＺにデータ復調部３４に到達する。
【００５６】
時刻ｔＺにおいてストローブ信号２７がローレベルＬからハイレベルＨに立上ると、復調用クロック信号生成部３３は、復調用クロック信号３６の生成を停止するとともに、データ復調部３４は、シリアルデータ２４の読込みを停止する。
【００５７】
データ復調部３４は、読込んだシリアルデータ２４をパラレルデータから成るデジタルデータ２３に復調し、マイクロコンピュータなどに与える。
【００５８】
以上説明した本実施の形態の受信機２２によれば、復調用クロック信号生成部３３は、送信機２１と受信機２２との間のデータの伝送距離に無関係にシリアルデータ２４の伝送の開始のタイミングを確実に検出して、このシリアルデータ２４の伝送の開始に合わせて復調用クロック信号３６を生成するので、従来の技術のようにシリアルデータを読込むタイミングがデータの伝送距離に依存して変わることがなくなる。データ復調部３４は、このようにして生成される復調用クロック信号３６に同期してシリアルデータ２４を読込むので、従来の技術のように、所定のデータの伝送距離の場合に、シリアルデータの各ビットのデータが切換わるタイミングでシリアルデータを読込むことがなくなり、データの伝送距離に無関係に正確にシリアルデータ２４を読込むことができる。
【００５９】
また同期をとるためのデータを付加したシリアルデータを送信する必要がないので、冗長度が増大することがなく、データの伝送速度が低下しない。
【００６０】
また本実施の形態の受信機２２によれば、復調用クロック信号生成部３３は、シリアルデータ２４の各ビットの周期Ｔの半周期（Ｔ／２）の時刻においてシリアルデータ２４を読込むタイミングを表す復調用クロック信号３６を生成する。復調用クロック信号生成部３３は、この復調用クロック信号生成部３３に同期してシリアルデータ２４を読込むので、シリアルデータ２４の各ビットのデータが切換わる時刻から最も離れた時刻においてシリアルデータ２４を読込む。シリアルデータ２４の各ビットのデータが切換わる時刻から最も離れた時刻は、シリアルデータ２４が最も安定していると推定される時刻なので、この時刻においてシリアルデータ２４を読込むことによって、最も正確にシリアルデータ２４を読込むことができる。
【００６１】
本実施の形態の受信機２２の分周部３２および復調用クロック信号生成部３３は、高周波クロック信号３５を８分周するとしたけれども、８分周に限らずに、高周波クロック信号３５をｎ分周して同期用クロック信号２６および復調用クロック信号３６をそれぞれ生成してもよい。データ復調部３４は、このような復調用クロック信号３６に同期することによって、正確にシリアルデータ２４を読込むことができる。
【符号の説明】
【００６２】
２１ 送信機
２２ 受信機
２３ デジタルデータ
２４ シリアルデータ
２５ シリアルデータ生成部
２６ 同期用クロック信号
２７ ストローブ信号
３１ クロック生成部
３２ 分周部
３３ 復調用クロック信号生成部
３４ データ復調部
３５ 高周波クロック信号
３６ 復調用クロック信号
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受信する同期用のクロック信号に同期して、シリアルデータおよびこのシリアルデータを伝送するタイミングを表すストローブ信号を送信する送信機に対して、送信する前記同期用のクロック信号を生成する同期用クロック信号生成手段と、
前記送信機から送信されるストローブ信号に基づいてシリアルデータの伝送の開始を検出すると、前記同期用のクロック信号と同じ信号波形を有し、かつ前記送信機から送信されるシリアルデータの各ビットのデータの周期内の予め定めるタイミングで立上りまたは立下り、前記送信機から送信されるシリアルデータの各ビットのデータを読込むタイミングを表す復調用のクロック信号を生成する復調用クロック信号生成手段と、
復調用のクロック信号に同期して前記シリアルデータを１ビットずつ順次読込むデータ読込み手段とを含むことを特徴とする受信機。
【請求項２】
前記同期用のクロック信号および前記復調用のクロック信号よりも周波数の高い基準クロック信号を生成する基準クロック信号生成手段をさらに含み、
前記同期用クロック信号生成手段は、基準クロック信号を分周することによって同期用のクロック信号を生成し、
前記復調用クロック信号生成手段は、基準クロック信号を分周することによって復調用のクロック信号を生成することを特徴とする請求項１記載の受信機。
【請求項３】
前記予め定めるタイミングは、シリアルデータの各ビットの最も安定していると推定される周期の半周期近傍の時刻であることを特徴とする請求項１または２記載の受信機。
【請求項１】
受信する同期用のクロック信号に同期して、シリアルデータおよびこのシリアルデータを伝送するタイミングを表すストローブ信号を送信する送信機に対して、送信する前記同期用のクロック信号を生成する同期用クロック信号生成手段と、
前記送信機から送信されるストローブ信号に基づいてシリアルデータの伝送の開始を検出すると、前記同期用のクロック信号と同じ信号波形を有し、かつ前記送信機から送信されるシリアルデータの各ビットのデータの周期内の予め定めるタイミングで立上りまたは立下り、前記送信機から送信されるシリアルデータの各ビットのデータを読込むタイミングを表す復調用のクロック信号を生成する復調用クロック信号生成手段と、
復調用のクロック信号に同期して前記シリアルデータを１ビットずつ順次読込むデータ読込み手段とを含むことを特徴とする受信機。
【請求項２】
前記同期用のクロック信号および前記復調用のクロック信号よりも周波数の高い基準クロック信号を生成する基準クロック信号生成手段をさらに含み、
前記同期用クロック信号生成手段は、基準クロック信号を分周することによって同期用のクロック信号を生成し、
前記復調用クロック信号生成手段は、基準クロック信号を分周することによって復調用のクロック信号を生成することを特徴とする請求項１記載の受信機。
【請求項３】
前記予め定めるタイミングは、シリアルデータの各ビットの最も安定していると推定される周期の半周期近傍の時刻であることを特徴とする請求項１または２記載の受信機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−１７１８５９（Ｐ２０１１−１７１８５９Ａ）
【公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−３１８５０（Ｐ２０１０−３１８５０）
【出願日】平成２２年２月１６日（２０１０．２．１６）
【出願人】（００００００９７４）川崎重工業株式会社 (1,710)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月１６日（２０１０．２．１６）
【出願人】（００００００９７４）川崎重工業株式会社 (1,710)
【Ｆターム（参考）】
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