通信装置及び通信方法
【課題】ＰＬＬ回路をベースとしたＣＤＲ回路を使用したトランシーバ間において、再同期を高速に行うことを目的とする。
【解決手段】ＰＬＬ回路により構成されるクロック抽出部１６に、受信信号を受信していない非受信状態の場合には、受信信号を受信している受信状態から非受信状態へ移行する時点におけるクロック信号の位相を示す位相情報を保持しておく受信側位相保持部２２を追加する。データ送信時には、受信側位相保持部２２が保持した位相情報を用いて生成されたクロック信号を用いて送信データを送信する。
【解決手段】ＰＬＬ回路により構成されるクロック抽出部１６に、受信信号を受信していない非受信状態の場合には、受信信号を受信している受信状態から非受信状態へ移行する時点におけるクロック信号の位相を示す位相情報を保持しておく受信側位相保持部２２を追加する。データ送信時には、受信側位相保持部２２が保持した位相情報を用いて生成されたクロック信号を用いて送信データを送信する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、通信装置間の再同期を高速に行う技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
高速なシリアル通信用のトランシーバ（通信装置）では、ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）回路をベースとしたＣＤＲ（Ｃｌｏｃｋ ａｎｄ Ｄａｔａ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ）回路を利用した受信回路が一般的に用いられている。
このＣＤＲ回路を用いたトランシーバ間の通信では、送信側のトランシーバは、データ信号にクロック信号を重畳させた信号を送信する。受信側のトランシーバは、ＰＬＬ回路を使用して受信データからクロック信号を抽出（分離）し、抽出したクロックを使用してデータのサンプリングを行う。
【０００３】
受信側でクロック信号を正しく抽出できるようにするには、データ信号に値の変化がある程度の頻度で出現する必要がある。そこで、送信側では、スクランブル方式や８Ｂ１０Ｂ方式によるエンコードを一般的に用い、同じ値が変化することなく長期間連続するようなデータであっても、数サイクル中に１回は必ず値を変化させている。
【０００４】
このように、データ信号にクロック信号を重畳させて送信する通信方式では、データとクロックとを１つの信号線で同時に送ることができ、データとクロックとの間のスキュー（受信時間差）を考慮する必要が無くなる。そのため、伝送レートの高速化や、伝送距離の長距離化に向いている。
【０００５】
特許文献１には、データ信号にクロック信号を重畳させて送信する通信方式において、ＣＤＲ回路でのクロックの抽出にＰＬＬ回路を使用しない方法についての記載がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−２６８４０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来のＰＬＬ回路をベースとしたＣＤＲ回路では、一旦受信信号に対する同期が外れてしまうと、再同期のために長い待ち時間が必要になる。一般的には数百サイクルの同期用のパターンを流してＰＬＬ回路を再同期させる必要がある。
この発明は、ＰＬＬ回路をベースとしたＣＤＲ回路を使用したトランシーバ間において、再同期を高速に行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る通信装置は、
所定のデータを表すデータ信号にクロック信号が重畳された信号を受信信号として受信する受信部と、
前記受信部が受信した受信信号からクロック信号を抽出するクロック抽出部であって、前記受信部が受信信号を受信していない非受信状態の場合には、前記受信部が受信信号を受信している受信状態から前記非受信状態へ移行する時点におけるクロック信号の位相を示す位相情報を保持しておくクロック抽出部と、
前記クロック抽出部が抽出したクロック信号を用いて、前記受信信号からデータを抽出するデータ抽出部と、
前記クロック抽出部が保持した位相情報を用いて生成されたクロック信号を送信クロック信号として、前記送信クロック信号に同期したデータ信号を送信する送信部であって、前記送信クロック信号をデータ信号に重畳させた信号を送信信号として送信する送信部と
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
この発明に係る通信装置では、非受信状態の場合には、非受信状態への移行時におけるクロック信号の位相情報を保持しておき、再びデータ信号を送信する場合に、保持した位相情報を用いて生成されたクロック信号をデータ信号に重畳させて送信する。そのため、この通信装置間で通信を行う場合、非受信状態であっても、伝送路に接続された各通信装置は、概ね同一の位相情報を保持しており、再同期を高速に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】トランシーバ１の基本構成を示す図。
【図２】クロック抽出部１６の基本構成を示す図。
【図３】受信信号と抽出されるクロック信号とを示す図。
【図４】１対１の接続関係を維持して、多数のトランシーバ１を接続した例を示す図。
【図５】バス構造の接続関係により、多数のトランシーバ１を接続した例を示す図。
【図６】バス構造の接続関係により、多数のトランシーバ１を接続した例を示す図。
【図７】１対１の接続とした場合と、バス構造の接続とした場合との通信の流れを対比した図。
【図８】実施の形態１に係るトランシーバ１の構成を示す図。
【図９】実施の形態１に係るクロック抽出部１６の構成例を示す図。
【図１０】実施の形態１に係る送信側位相保持部２３の構成例を示す図。
【図１１】図１に示すトランシーバ１を用いた場合と、図８に示すトランシーバ１を用いた場合との通信の流れを対比した図。
【図１２】実施の形態２に係るトランシーバ１の構成を示す図。
【図１３】実施の形態２に係る信号調整部３０の構成例を示す図。
【図１４】実施の形態３に係るクロック抽出部１６の構成例を示す図。
【図１５】実施の形態３に係る送信側位相保持部２３の構成例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１は、トランシーバ１の基本構成を示す図である。なお、図１では、トランシーバ１ａの構成のみを詳細に示し、トランシーバ１ｂの構成を省略して示しているが、トランシーバ１ｂはトランシーバ１ａと同じ構成である。
【００１２】
トランシーバ１ａとトランシーバ１ｂとは、伝送路２ａ，２ｂを介して１対１に接続されている。伝送路２ａは、トランシーバ１ａからトランシーバ１ｂへデータを送信する場合に利用される伝送路２であり、伝送路２ｂは、トランシーバ１ｂからトランシーバ１ａへデータを送信する場合に利用される伝送路２である。
【００１３】
各トランシーバ１は、信号を送信する送信系３と、信号を受信する受信系４とを備える。送信系３は、送信バッファ１１（送信部）、シリアライザ１２を備え、受信系４は、受信バッファ１３（受信部）、ＣＤＲ回路１４、デシリアライザ１５を備える。
送信バッファ１１は、出力制御信号による制御に応じて、シリアライザ１２から出力されたデータ信号を送信信号として、伝送路２を介して他方のトランシーバ１へ送信する回路である。送信バッファ１１は、出力制御信号による制御に応じて、データ信号の送信時以外は、出力状態をハイ・インピーダンスとするスリーステート機能を有する。ただし、図１の構成の場合には、このスリーステート機能は無くてもよい。シリアライザ１２は、送信データをパラレルデータからシリアルデータに変換して、送信クロックに同期したデータ信号に変換する回路である。なお、データ信号には、スクランブル方式や８Ｂ１０Ｂ方式により、送信クロックが重畳されている。
受信バッファ１３は、伝送路を介して他方のトランシーバ１が送信したデータ信号を、受信信号として受信する回路である。ＣＤＲ回路１４は、クロック抽出部１６、データサンプリング回路１７（データ抽出部）を備える。クロック抽出部１６は、受信バッファ１３が受信した受信信号からクロック信号を抽出する回路である。データサンプリング回路１７は、クロック抽出部１６が抽出したクロック信号を用いて、受信信号からデータのサンプリングを行う回路である。デシリアライザ１５は、データサンプリング回路１７がサンプリングしたシリアルデータをパラレルデータに変換する回路である。
【００１４】
図２は、クロック抽出部１６の基本構成を示す図である。
クロック抽出部１６は、いわゆるＰＬＬ回路であり、位相比較器１８、ループフィルタ１９、ＶＣＯ２０（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ、電圧制御発振機）を備える。
位相比較器１８は、受信バッファ１３が受信した受信信号と、ＶＣＯ２０が出力するフィードバック信号との位相差を電位に変換して出力する。ループフィルタ１９は、ローパスフィルタであり、位相比較器１８が出力した電位から高周波成分を除去して出力する。ＶＣＯ２０は、ループフィルタ１９が出力した電位を制御電位として、制御電位に応じた周波数のクロック信号を出力する。なお、ＶＣＯ２０は、出力したクロック信号をフィードバック信号として位相比較器１８へ入力する。
つまり、クロック抽出部１６は、受信信号と、ＶＣＯ２０が出力するクロック信号（フィードバック信号）との位相差を位相比較器１８により検出し、検出した位相差情報をＶＣＯ２０に入力することにより、受信信号とＶＣＯ２０が出力するクロック信号との位相を同期させる。これにより、クロック抽出部１６は、図３に示すような、受信信号の変化タイミングに同期したクロック信号を出力する。このとき、ループフィルタ１９がどの程度の高周波成分を除去するか等により、ＶＣＯ２０の出力信号が受信信号に追随する速度（応答速度）が変わる。
【００１５】
ここで、図２に示すＰＬＬ回路を用いたＣＤＲ回路１４では、一旦受信信号に対するＶＣＯ２０の出力信号（クロック信号）の同期が外れてしまうと、再同期のために長い待ち時間が必要になる。
再同期のために長い待ち時間が必要なのには、受信信号が数サイクルにわたって論理値“１”や“０”の状態が連続しており変化しないような場合でも、ＣＤＲ回路１４の同期が簡単に外れることが無いようにするために、ＰＬＬ回路の応答速度を極端に早くすることができないという事情が関係している。
【００１６】
そこで、一般的なこの種のトランシーバ１を用いた通信では、図１に示すように、トランシーバ１間を１対１の接続としている。そして、トランシーバ１間で有意な通信を行っていない状態においても、ダミーのデータパターン（アイドルパターン）を流し続ける。これにより、ＣＤＲ回路１４の同期が外れないようにしている。
また、接続台数を増やす場合には、図４に示すように、１対１の接続関係を維持するために、スイッチやハブを使用することが必須となる。したがって、拡張可能数がスイッチやハブのポート数により制約を受けてしまう。また、スイッチやハブを追加することによりコストが増加してしまう。
【００１７】
一方、図５や図６に示すように、トランシーバ１間を１対１の接続ではないトポロジーの接続、すなわち複数のトランシーバ１が１本の信号線に接続されるバス構造の接続とした場合、データ信号を送信するトランシーバ１が切り替わる度に、ＣＤＲ回路１４の再同期を行う必要がある。そのため、本来送りたいデータの前に再同期用のデータを長時間送信しなければならない。なお、このバス構造の場合には、送信バッファ１１が、出力制御信号による制御に応じて、データ信号の送信時以外は、出力状態をハイ・インピーダンスとするスリーステート機能を有することが必須となる。
【００１８】
図７は、１対１の接続とした場合と、バス構造の接続とした場合との通信の流れを対比した図である。
上述した通り、１対１の接続とした場合には、通信と通信との間に、ダミーのデータパターンを流しておくことで、再同期の処理を行うことなく次の通信を行える。
これに対して、バス構造の接続とした場合には、通信が一旦終わり、次の通信が開始されるまでには、通信の衝突を防止するためのアイドル期間がとられる。この間にトランシーバ１間の同期が外れてしまうため、次の通信を行うには、再同期の処理を行う必要がある。したがって、再同期の処理を行う分、レイテンシが増大してしまう。
【００１９】
実施の形態１では、バス構造の接続とした場合に、再同期の処理に係る時間を短くすることが可能なトランシーバ１について説明する。
【００２０】
図８は、実施の形態１に係るトランシーバ１の構成を示す図である。なお、図８では、トランシーバ１ａの構成のみを詳細に示し、他のトランシーバ１ｂ，．．．，１ｎの構成を省略して示しているが、トランシーバ１ｂ，．．．，１ｎはトランシーバ１ａと同じ構成である。
図８に示すトランシーバ１ａ，．．．，１ｎは、１対１には接続されず、１本の伝送路２を介してバス構造に接続される。
【００２１】
図８に示す各トランシーバ１は、受信系４におけるクロック抽出部１６が受信有無検出部２１、受信側位相保持部２２を備える点と、送信系３が送信側位相保持部２３（送信クロック保持部）を備える点とが、図１に示すトランシーバ１と異なる。他は、図１に示すトランシーバ１と同様であるため、同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
【００２２】
受信有無検出部２１は、受信バッファ１３が受信信号を受信している受信状態か、受信していない非受信状態かを検出する回路である。受信側位相保持部２２は、非受信状態であると受信有無検出部２１が検出している場合には、受信状態から非受信状態へ移行した時点におけるクロック信号の位相を示す位相情報を保持する回路である。
送信側位相保持部２３は、非受信状態であると受信有無検出部２１が検出している場合には、受信状態から非受信状態へ移行した時点におけるクロック信号の位相情報を保持する回路である。また、送信側位相保持部２３は、送信バッファ１１が送信信号を送信している場合には、送信信号を送信する直前のクロック信号の位相情報を保持する回路である。
【００２３】
図９は、実施の形態１に係るクロック抽出部１６の構成例を示す図である。
図９に示すクロック抽出部１６では、受信側位相保持部２２は、サンプルホールド回路（保持回路）としている。サンプルホールド回路は、受信有無検出部２１が非受信状態であると検出している場合には、受信状態から非受信状態へ移行した時点におけるループフィルタ１９の出力電位を位相情報として保持しておく。そして、サンプルホールド回路は、受信有無検出部２１が非受信状態であることを検出している場合には、ループフィルタ１９の出力電位に代えて、保持した電位をＶＣＯ２０の制御電位とする。
したがって、図９に示すクロック抽出部１６では、非受信状態の場合におけるＶＣＯ２０の制御電位は一定となり、ＶＣＯ２０から出力されるクロック信号の周波数は一定になる。
【００２４】
図１０は、実施の形態１に係る送信側位相保持部２３の構成例を示す図である。
図１０では、送信側位相保持部２３をクロック抽出部１６と同様に、ＰＬＬ回路として構成している。ここで、位相比較器２４、ループフィルタ２５、ＶＣＯ２６は、位相比較器１８、ループフィルタ１９、ＶＣＯ２０と同一である。但し、位相比較器２４の入力信号は、ＣＤＲ回路１４（つまり、クロック抽出部１６）が出力したクロック信号である。
サンプルホールド回路２７は、受信有無検出部２１が非受信状態であることを検出している場合と、出力制御信号が送信信号を送信中であることを示す場合とのいずれかの場合には、その直前の時点におけるループフィルタ２５の出力電位を位相情報として保持しておく。そして、サンプルホールド回路２７は、前記いずれかの場合には、ループフィルタ２５の出力電位に代えて、保持した電位をＶＣＯ２６の制御電位とする。
したがって、図１０に示す送信側位相保持部２３では、受信有無検出部２１が非受信状態であることを検出している場合と、出力制御信号が送信信号を送信中であることを示す場合とのいずれかの場合には、ＶＣＯ２６の制御電位は一定となり、ＶＣＯ２６から出力されるクロック信号の周波数は一定になる。
【００２５】
図８に示す各トランシーバ１の動作について説明する。ここでは、（１）トランシーバ１ａが送信信号を送信し、トランシーバ１ａが送信した送信信号を他のトランシーバ１ｂ，．．．，１ｎが受信信号として受信しており、その後、（２）送信信号が送信されないアイドル期間を経て、（３）トランシーバ１ｂが送信信号を送信し、トランシーバ１ｂが送信した送信信号を他のトランシーバ１ａ，１ｃ，．．．，１ｎが受信信号として受信するものとする。
【００２６】
＜（１）トランシーバ１ａが送信信号を送信している場合の動作＞
トランシーバ１ａでは、送信バッファ１１は、データ信号に送信側位相保持部２３が出力するクロック信号を重畳させた送信信号を伝送路２へ送信する。このとき、他のトランシーバ１ｂ，．．．，１ｎでは、送信バッファ１１が、ハイ・インピーダンスを送信する。
【００２７】
トランシーバ１ａを含む各トランシーバ１ａ，．．．，１ｎでは、受信バッファ１３は、トランシーバ１ａの送信バッファ１１が送信した送信信号を受信信号として受信する。受信バッファ１３が受信した受信信号は、クロック抽出部１６とデータサンプリング回路１７とへ送られる。クロック抽出部１６は、受信信号と同期したクロック信号を出力し、データサンプリング回路１７は、クロック抽出部１６が出力したクロック信号を用いてデータのサンプリングを行う。そして、デシリアライザ１５により、サンプリングされたシリアルデータがパラレルデータに変換される。
【００２８】
また、各トランシーバ１ａ，．．．，１ｎでは、クロック抽出部１６で抽出されたクロック信号は、送信側位相保持部２３へ出力される。
トランシーバ１ａでは、送信信号の送信中の場合、送信側位相保持部２３は送信直前のクロック信号の位相情報を保持しておく。図１０に示す送信側位相保持部２３であれば、ＶＣＯ２６の制御電位は一定となり、ＶＣＯ２６から出力されるクロック信号は一定になる。つまり、送信バッファ１１が利用するクロック周波数は一定になる。
一方、トランシーバ１ｂ，．．．，１ｎでは、送信側位相保持部２３は、クロック抽出部１６で抽出されたクロック信号を出力する。図１０に示す送信側位相保持部２３であれば、クロック抽出部１６で抽出されたクロック信号と同期したクロック信号が出力される。
【００２９】
つまり、トランシーバ１ａが送信信号を送信している場合、トランシーバ１ａ，．．．，１ｎにおけるクロック抽出部１６と送信側位相保持部２３とが出力するクロック信号は全て同期している。
【００３０】
＜（２）アイドル期間中の動作＞
トランシーバ１ａの送信バッファ１１は、送信信号の送信を停止して、他のトランシーバ１ｂ，．．．，１ｎと同様に、ハイ・インピーダンスを送信する。
【００３１】
すると、トランシーバ１ａを含む各トランシーバ１ａ，．．．，１ｎでは、受信有無検出部２１は、非受信状態を検出する。非受信状態を受信有無検出部２１が検出すると、受信側位相保持部２２は、受信状態から非受信状態へ移行した時点におけるクロック信号の位相情報を保持する。これにより、全てのトランシーバ１ａ，．．．，１ｎの受信側位相保持部２２が、伝送路２の遅延の分の誤差があるものの、概ね同一の位相情報を保持することになる。
図９に示すクロック抽出部１６であれば、受信側位相保持部２２は、受信状態から非受信状態へ移行した時点におけるループフィルタ１９の出力電位を保持しておく。そして、受信側位相保持部２２は、非受信状態の間、ループフィルタ１９の出力電位に代えて、保持した電位をＶＣＯ２０の制御電位とする。これにより、全てのトランシーバ１ａ，．．．，１ｎのＶＣＯ２０の制御電位が概ね同一となり、全てのトランシーバ１ａ，．．．，１ｎのＶＣＯ２０から概ね同一のクロック信号が出力される。
【００３２】
また、トランシーバ１ａを含む各トランシーバ１ａ，．．．，１ｎでは、非受信状態を受信有無検出部２１が検出すると、送信側位相保持部２３は、受信状態から非受信状態へ移行した時点におけるクロック信号の位相情報を保持する。これにより、トランシーバ１ａ，．．．，１ｎの送信側位相保持部２３が、概ね同一の位相情報を保持することになる。
図１０に示す送信側位相保持部２３であれば、受信状態から非受信状態へ移行した時点におけるループフィルタ２５の出力電位を保持しておく。そして、受信側位相保持部２２は、非受信状態の間、ループフィルタ２５の出力電位に代えて、保持した電位をＶＣＯ２０の制御電位とする。これにより、全てのトランシーバ１ａ，．．．，１ｎのＶＣＯ２０の制御電位が概ね同一となり、全てのトランシーバ１ａ，．．．，１ｎのＶＣＯ２０から概ね同一のクロック信号が出力される。
【００３３】
つまり、アイドル期間中においても、トランシーバ１ａ，．．．，１ｎにおけるクロック抽出部１６と送信側位相保持部２３とが出力するクロック信号は全て概ね同期している。
【００３４】
＜（３）トランシーバ１ｂが送信信号を送信している場合の動作＞
トランシーバ１ｂでは、送信バッファ１１は、データ信号に送信側位相保持部２３が出力するクロック信号を重畳させた送信信号を伝送路２へ送信する。このとき、他のトランシーバ１ａ，１ｃ，．．．，１ｎでは、送信バッファ１１が、ハイ・インピーダンスを送信する。
【００３５】
トランシーバ１ｂを含む各トランシーバ１ａ，．．．，１ｎでは、受信バッファ１３は、トランシーバ１ｂの送信バッファ１１が送信した送信信号を受信信号として受信する。受信バッファ１３が受信した受信信号は、クロック抽出部１６とデータサンプリング回路１７とへ送られる。クロック抽出部１６は、受信信号と同期したクロック信号を出力し、データサンプリング回路１７は、クロック抽出部１６が出力したクロック信号を用いてデータのサンプリングを行う。そして、デシリアライザ１５により、サンプリングされたシリアルデータがパラレルデータに変換される。
【００３６】
なお、通常であれば、トランシーバ１ｂからの受信信号の受信を開始した時点では、受信信号と、クロック抽出部１６が出力しているクロック信号との位相は、全く揃っておらず、受信信号と、クロック抽出部１６が出力しているクロック信号とは全く同期していない。これは、通常、アイドル期間中は、クロック抽出部１６は制御されておらず、自走状態となっているためである。そのため、再同期するのに長い時間がかかる。
しかし、上述したように、実施の形態１に係るトランシーバ１では、アイドル期間中でも、トランシーバ１ａ，．．．，１ｎにおけるクロック抽出部１６と送信側位相保持部２３とが出力するクロック信号は全て概ね同期している。したがって、トランシーバ１ｂから送信された送信信号（受信信号）と、他のトランシーバ１ａ，１ｃ，．．．，１ｎのクロック抽出部１６が出力するクロック信号とは概ね同期している。そのため、短時間で再同期することができる。
図９に示すクロック抽出部１６であれば、受信信号の受信を開始した時点で、受信信号とＶＣＯ２０が出力するクロック信号との位相差がほとんどないため、短時間で受信信号に同期したクロック信号を出力することができる。
【００３７】
図１１は、図１に示すトランシーバ１を用いた場合と、図８に示すトランシーバ１を用いた場合との通信の流れを対比した図である。
上述した通り、通信が一旦終わり、次の通信が開始されるまでには、通信の衝突を防止するためのアイドル期間がとられるという点についてはいずれも同じである。しかし、図８に示すトランシーバ１を用いた場合、短時間で再同期することができるため、伝送路の使用効率の低下を抑えることができる。
【００３８】
以上のように、実施の形態１に係るトランシーバ１では、ＰＬＬ回路をベースとしたＣＤＲ回路を用いたトランシーバ１を、１対１の接続ではなく、バス構造の接続とした場合であっても、再同期にかかる時間を短くでき、伝送路の使用効率の低下を抑えることができる。
なお、実施の形態１に係るトランシーバ１は、信号の送信中は、送信側位相保持部２３が位相情報を保持しておき、一定のクロック信号を利用して信号を送信する。そのため、安定した通信を行うことができる。
【００３９】
実施の形態２．
実施の形態２では、送信クロックの切り替えを可能としたトランシーバ１について説明する。
【００４０】
図１２は、実施の形態２に係るトランシーバ１の構成を示す図である。
図１２に示すトランシーバ１は、クロック切替部２８を備える点が、図８に示すトランシーバ１と異なる。他は、図８に示すトランシーバ１と同じであるため、同一のものには同一の符号を付して説明を省略する。
【００４１】
クロック切替部２８は、セレクタ２９（クロック選択部）、信号調整部３０を備える。
【００４２】
セレクタ２９は、切替信号に従い、ローカル送信クロック信号と、送信側位相保持部２３が出力するクロック信号とのどちらを使用してデータを送信するかを切り替える。送信バッファ１１は、セレクタ２９が選択したクロック信号を重畳させた送信信号を送信する。
例えば、セレクタ２９は、通常動作時には送信側位相保持部２３が出力するクロック信号を選択して送信クロックとして使用させる。
一方、セレクタ２９は、何らかの理由により高精度なクロックを使用したデータ信号を伝送路２へ送出して、各トランシーバ１の状態を理想的な状態にする必要が生じた場合には、高精度な水晶発振器等を使用して生成したローカル送信クロックを選択して送信クロックとして使用させる。具体的には、システムの起動時やシステムに異常が発生してその是正を行う場合、通信品質向上のために定期的に高精度なクロック信号による通信を行う場合等が考えられる。
【００４３】
信号調整部３０は、セレクタ２９がクロック信号を変更した場合に、急激な位相変化が発生しないように、変更前のクロック信号から変更後のクロック信号に徐々にクロック信号を変化させて出力する。
【００４４】
図１３は、実施の形態２に係る信号調整部３０の構成例を示す図である。
図１３では、信号調整部３０をクロック抽出部１６と同様に、ＰＬＬ回路として構成している。ここで、位相比較器３１、ループフィルタ３２、ＶＣＯ３３は、位相比較器１８、ループフィルタ１９、ＶＣＯ２０と同一である。但し、位相比較器３１の入力信号は、セレクタ２９が出力したクロック信号である。
セレクタ２９で位相状態のまったく異なるクロック信号に切替えたとしても、信号調整部３０により急激な位相変化が吸収される。そして、最終的にシリアライザ１２に入力される送信クロック信号は徐々に変化しながらセレクタ２９で選択されたクロック信号の位相に一致させることができる。そのため、送信バッファ１１からの出力信号に大きな影響を与えることなく、送信クロック信号の切替えが可能となる。
【００４５】
実施の形態３．
実施の形態３では、より高速な再同期を実現するトランシーバ１について説明する。
【００４６】
図１４は、実施の形態３に係るクロック抽出部１６の構成例を示す図である。なお、図１４では、図９に示すクロック抽出部１６の構成を変形した例を示している。
図１４に示すクロック抽出部１６は、ループフィルタ１９に代えて、高速応答用ループフィルタ３４、低速応答用ループフィルタ３５、ループフィルタ選択部３６、同期判定部３７を備える点が、図９に示すクロック抽出部１６と異なる。他は、図９に示すクロック抽出部１６と同じであるため、同一のものには同一の符号を付して説明を省略する。
【００４７】
高速応答用ループフィルタ３４は、ＶＣＯ２０の出力信号が受信信号に追随する速度（応答速度）が速くなるように設定されたループフィルタである。低速応答用ループフィルタ３５は、高速応答用ループフィルタ３４に比べて、応答速度が遅くなるように設定されたループフィルタである。ループフィルタ選択部３６は、高速応答用ループフィルタ３４と低速応答用ループフィルタ３５とのどちらから出力された電位を受信側位相保持部２２へ入力するかを選択する回路である。同期判定部３７は、受信信号と、ＶＣＯ２０が出力するクロック信号とが同期したか否かを判定する回路である。
【００４８】
実施の形態３に係るクロック抽出部１６の動作について説明する。
（１）通常の受信動作時には、ループフィルタ選択部３６は低速応答用ループフィルタ３５を選択する。そのため、クロック抽出部１６は、受信バッファ１３が受信した受信信号の変化に対して、ある程度ゆっくりとした追随動作を行ってクロック信号の抽出を行う。これにより、受信信号が数サイクルにわたって論理値“１”や“０”の状態が連続しており変化しないような場合でも、受信信号とクロック信号との同期が簡単に外れることがない。
（２）受信有無検出部２１が、受信バッファ１３が受信する受信信号が途切れたこと（非受信状態になったこと）を検出すると、サンプルホールド回路（受信側位相保持部２２）により保持された電位を制御電位としてＶＣＯ２０が動作する。したがって、ＶＣＯ２０が出力するクロック信号の位相は保持される。
（３）受信有無検出部２１が、受信バッファ１３が再び受信信号を受信したことを検出すると、サンプルホールド回路は電位の保持を止め、ループフィルタ選択部３６が選択するループフィルタが出力する電位を制御電位としてＶＣＯ２０が動作する。このとき、ループフィルタ選択部３６は高速応答用ループフィルタ３４を選択する。そのため、クロック抽出部１６は、受信バッファ１３が受信した受信信号の変化に対して、高速に追随動作を行ってクロック信号の抽出を行う。この際、同期判定部３７は、随時、高速応答用ループフィルタ３４が出力する電位が安定しているか否かを監視することにより、受信信号と、ＶＣＯ２０が出力するクロック信号とが同期したか否かを判定する。
（４）同期判定部３７が同期したと判定すると、ループフィルタ選択部３６は高速応答用ループフィルタ３４から低速応答用ループフィルタ３５に切り替え、（１）の通常の受信動作へ移行する。
【００４９】
送信側位相保持部２３についても、クロック抽出部１６と同様の変形をすることにより、高速に再同期させることができる。
【００５０】
図１５は、実施の形態３に係る送信側位相保持部２３の構成例を示す図である。なお、図１５では、図１０に示す送信側位相保持部２３の構成を変形した例を示している。
図１５に示す送信側位相保持部２３は、ループフィルタ２５に代えて、高速応答用ループフィルタ３８、低速応答用ループフィルタ３９、ループフィルタ選択部４０、同期判定部４１を備える点が、図１０に示す送信側位相保持部２３と異なる。他は、図１０に示す送信側位相保持部２３と同じである。
なお、図１５に示す送信側位相保持部２３の動作は、図１４に示すクロック抽出部１６の動作と同様であるため、説明を省略する。
【００５１】
以上のように、実施の形態３に係るトランシーバ１では、クロック抽出部１６に２つのループフィルタを持たせることにより、より高速な再同期を実現する。
【符号の説明】
【００５２】
１ トランシーバ、２ 伝送路、３ 送信系、４ 受信系、１１ 送信バッファ、１２ シリアライザ、１３ 受信バッファ、１４ ＣＤＲ回路、１５ デシリアライザ、１６ クロック抽出部、１７ データサンプリング回路、１８，２４，３１ 位相比較器、１９，２５，３２ ループフィルタ、２０，２６，３３ ＶＣＯ、２１ 受信有無検出部、２２ 受信側位相保持部、２３ 送信側位相保持部、２７ サンプルホールド回路、２８ クロック切替部、２９ セレクタ、３０ 信号調整部、３４，３８ 高速応答用ループフィルタ、３５，３９ 低速応答用ループフィルタ、３６，４０ ループフィルタ選択部、３７，４１ 同期判定部。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、通信装置間の再同期を高速に行う技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
高速なシリアル通信用のトランシーバ（通信装置）では、ＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）回路をベースとしたＣＤＲ（Ｃｌｏｃｋ ａｎｄ Ｄａｔａ Ｒｅｃｏｖｅｒｙ）回路を利用した受信回路が一般的に用いられている。
このＣＤＲ回路を用いたトランシーバ間の通信では、送信側のトランシーバは、データ信号にクロック信号を重畳させた信号を送信する。受信側のトランシーバは、ＰＬＬ回路を使用して受信データからクロック信号を抽出（分離）し、抽出したクロックを使用してデータのサンプリングを行う。
【０００３】
受信側でクロック信号を正しく抽出できるようにするには、データ信号に値の変化がある程度の頻度で出現する必要がある。そこで、送信側では、スクランブル方式や８Ｂ１０Ｂ方式によるエンコードを一般的に用い、同じ値が変化することなく長期間連続するようなデータであっても、数サイクル中に１回は必ず値を変化させている。
【０００４】
このように、データ信号にクロック信号を重畳させて送信する通信方式では、データとクロックとを１つの信号線で同時に送ることができ、データとクロックとの間のスキュー（受信時間差）を考慮する必要が無くなる。そのため、伝送レートの高速化や、伝送距離の長距離化に向いている。
【０００５】
特許文献１には、データ信号にクロック信号を重畳させて送信する通信方式において、ＣＤＲ回路でのクロックの抽出にＰＬＬ回路を使用しない方法についての記載がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−２６８４０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来のＰＬＬ回路をベースとしたＣＤＲ回路では、一旦受信信号に対する同期が外れてしまうと、再同期のために長い待ち時間が必要になる。一般的には数百サイクルの同期用のパターンを流してＰＬＬ回路を再同期させる必要がある。
この発明は、ＰＬＬ回路をベースとしたＣＤＲ回路を使用したトランシーバ間において、再同期を高速に行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係る通信装置は、
所定のデータを表すデータ信号にクロック信号が重畳された信号を受信信号として受信する受信部と、
前記受信部が受信した受信信号からクロック信号を抽出するクロック抽出部であって、前記受信部が受信信号を受信していない非受信状態の場合には、前記受信部が受信信号を受信している受信状態から前記非受信状態へ移行する時点におけるクロック信号の位相を示す位相情報を保持しておくクロック抽出部と、
前記クロック抽出部が抽出したクロック信号を用いて、前記受信信号からデータを抽出するデータ抽出部と、
前記クロック抽出部が保持した位相情報を用いて生成されたクロック信号を送信クロック信号として、前記送信クロック信号に同期したデータ信号を送信する送信部であって、前記送信クロック信号をデータ信号に重畳させた信号を送信信号として送信する送信部と
を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
この発明に係る通信装置では、非受信状態の場合には、非受信状態への移行時におけるクロック信号の位相情報を保持しておき、再びデータ信号を送信する場合に、保持した位相情報を用いて生成されたクロック信号をデータ信号に重畳させて送信する。そのため、この通信装置間で通信を行う場合、非受信状態であっても、伝送路に接続された各通信装置は、概ね同一の位相情報を保持しており、再同期を高速に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】トランシーバ１の基本構成を示す図。
【図２】クロック抽出部１６の基本構成を示す図。
【図３】受信信号と抽出されるクロック信号とを示す図。
【図４】１対１の接続関係を維持して、多数のトランシーバ１を接続した例を示す図。
【図５】バス構造の接続関係により、多数のトランシーバ１を接続した例を示す図。
【図６】バス構造の接続関係により、多数のトランシーバ１を接続した例を示す図。
【図７】１対１の接続とした場合と、バス構造の接続とした場合との通信の流れを対比した図。
【図８】実施の形態１に係るトランシーバ１の構成を示す図。
【図９】実施の形態１に係るクロック抽出部１６の構成例を示す図。
【図１０】実施の形態１に係る送信側位相保持部２３の構成例を示す図。
【図１１】図１に示すトランシーバ１を用いた場合と、図８に示すトランシーバ１を用いた場合との通信の流れを対比した図。
【図１２】実施の形態２に係るトランシーバ１の構成を示す図。
【図１３】実施の形態２に係る信号調整部３０の構成例を示す図。
【図１４】実施の形態３に係るクロック抽出部１６の構成例を示す図。
【図１５】実施の形態３に係る送信側位相保持部２３の構成例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１は、トランシーバ１の基本構成を示す図である。なお、図１では、トランシーバ１ａの構成のみを詳細に示し、トランシーバ１ｂの構成を省略して示しているが、トランシーバ１ｂはトランシーバ１ａと同じ構成である。
【００１２】
トランシーバ１ａとトランシーバ１ｂとは、伝送路２ａ，２ｂを介して１対１に接続されている。伝送路２ａは、トランシーバ１ａからトランシーバ１ｂへデータを送信する場合に利用される伝送路２であり、伝送路２ｂは、トランシーバ１ｂからトランシーバ１ａへデータを送信する場合に利用される伝送路２である。
【００１３】
各トランシーバ１は、信号を送信する送信系３と、信号を受信する受信系４とを備える。送信系３は、送信バッファ１１（送信部）、シリアライザ１２を備え、受信系４は、受信バッファ１３（受信部）、ＣＤＲ回路１４、デシリアライザ１５を備える。
送信バッファ１１は、出力制御信号による制御に応じて、シリアライザ１２から出力されたデータ信号を送信信号として、伝送路２を介して他方のトランシーバ１へ送信する回路である。送信バッファ１１は、出力制御信号による制御に応じて、データ信号の送信時以外は、出力状態をハイ・インピーダンスとするスリーステート機能を有する。ただし、図１の構成の場合には、このスリーステート機能は無くてもよい。シリアライザ１２は、送信データをパラレルデータからシリアルデータに変換して、送信クロックに同期したデータ信号に変換する回路である。なお、データ信号には、スクランブル方式や８Ｂ１０Ｂ方式により、送信クロックが重畳されている。
受信バッファ１３は、伝送路を介して他方のトランシーバ１が送信したデータ信号を、受信信号として受信する回路である。ＣＤＲ回路１４は、クロック抽出部１６、データサンプリング回路１７（データ抽出部）を備える。クロック抽出部１６は、受信バッファ１３が受信した受信信号からクロック信号を抽出する回路である。データサンプリング回路１７は、クロック抽出部１６が抽出したクロック信号を用いて、受信信号からデータのサンプリングを行う回路である。デシリアライザ１５は、データサンプリング回路１７がサンプリングしたシリアルデータをパラレルデータに変換する回路である。
【００１４】
図２は、クロック抽出部１６の基本構成を示す図である。
クロック抽出部１６は、いわゆるＰＬＬ回路であり、位相比較器１８、ループフィルタ１９、ＶＣＯ２０（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ、電圧制御発振機）を備える。
位相比較器１８は、受信バッファ１３が受信した受信信号と、ＶＣＯ２０が出力するフィードバック信号との位相差を電位に変換して出力する。ループフィルタ１９は、ローパスフィルタであり、位相比較器１８が出力した電位から高周波成分を除去して出力する。ＶＣＯ２０は、ループフィルタ１９が出力した電位を制御電位として、制御電位に応じた周波数のクロック信号を出力する。なお、ＶＣＯ２０は、出力したクロック信号をフィードバック信号として位相比較器１８へ入力する。
つまり、クロック抽出部１６は、受信信号と、ＶＣＯ２０が出力するクロック信号（フィードバック信号）との位相差を位相比較器１８により検出し、検出した位相差情報をＶＣＯ２０に入力することにより、受信信号とＶＣＯ２０が出力するクロック信号との位相を同期させる。これにより、クロック抽出部１６は、図３に示すような、受信信号の変化タイミングに同期したクロック信号を出力する。このとき、ループフィルタ１９がどの程度の高周波成分を除去するか等により、ＶＣＯ２０の出力信号が受信信号に追随する速度（応答速度）が変わる。
【００１５】
ここで、図２に示すＰＬＬ回路を用いたＣＤＲ回路１４では、一旦受信信号に対するＶＣＯ２０の出力信号（クロック信号）の同期が外れてしまうと、再同期のために長い待ち時間が必要になる。
再同期のために長い待ち時間が必要なのには、受信信号が数サイクルにわたって論理値“１”や“０”の状態が連続しており変化しないような場合でも、ＣＤＲ回路１４の同期が簡単に外れることが無いようにするために、ＰＬＬ回路の応答速度を極端に早くすることができないという事情が関係している。
【００１６】
そこで、一般的なこの種のトランシーバ１を用いた通信では、図１に示すように、トランシーバ１間を１対１の接続としている。そして、トランシーバ１間で有意な通信を行っていない状態においても、ダミーのデータパターン（アイドルパターン）を流し続ける。これにより、ＣＤＲ回路１４の同期が外れないようにしている。
また、接続台数を増やす場合には、図４に示すように、１対１の接続関係を維持するために、スイッチやハブを使用することが必須となる。したがって、拡張可能数がスイッチやハブのポート数により制約を受けてしまう。また、スイッチやハブを追加することによりコストが増加してしまう。
【００１７】
一方、図５や図６に示すように、トランシーバ１間を１対１の接続ではないトポロジーの接続、すなわち複数のトランシーバ１が１本の信号線に接続されるバス構造の接続とした場合、データ信号を送信するトランシーバ１が切り替わる度に、ＣＤＲ回路１４の再同期を行う必要がある。そのため、本来送りたいデータの前に再同期用のデータを長時間送信しなければならない。なお、このバス構造の場合には、送信バッファ１１が、出力制御信号による制御に応じて、データ信号の送信時以外は、出力状態をハイ・インピーダンスとするスリーステート機能を有することが必須となる。
【００１８】
図７は、１対１の接続とした場合と、バス構造の接続とした場合との通信の流れを対比した図である。
上述した通り、１対１の接続とした場合には、通信と通信との間に、ダミーのデータパターンを流しておくことで、再同期の処理を行うことなく次の通信を行える。
これに対して、バス構造の接続とした場合には、通信が一旦終わり、次の通信が開始されるまでには、通信の衝突を防止するためのアイドル期間がとられる。この間にトランシーバ１間の同期が外れてしまうため、次の通信を行うには、再同期の処理を行う必要がある。したがって、再同期の処理を行う分、レイテンシが増大してしまう。
【００１９】
実施の形態１では、バス構造の接続とした場合に、再同期の処理に係る時間を短くすることが可能なトランシーバ１について説明する。
【００２０】
図８は、実施の形態１に係るトランシーバ１の構成を示す図である。なお、図８では、トランシーバ１ａの構成のみを詳細に示し、他のトランシーバ１ｂ，．．．，１ｎの構成を省略して示しているが、トランシーバ１ｂ，．．．，１ｎはトランシーバ１ａと同じ構成である。
図８に示すトランシーバ１ａ，．．．，１ｎは、１対１には接続されず、１本の伝送路２を介してバス構造に接続される。
【００２１】
図８に示す各トランシーバ１は、受信系４におけるクロック抽出部１６が受信有無検出部２１、受信側位相保持部２２を備える点と、送信系３が送信側位相保持部２３（送信クロック保持部）を備える点とが、図１に示すトランシーバ１と異なる。他は、図１に示すトランシーバ１と同様であるため、同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
【００２２】
受信有無検出部２１は、受信バッファ１３が受信信号を受信している受信状態か、受信していない非受信状態かを検出する回路である。受信側位相保持部２２は、非受信状態であると受信有無検出部２１が検出している場合には、受信状態から非受信状態へ移行した時点におけるクロック信号の位相を示す位相情報を保持する回路である。
送信側位相保持部２３は、非受信状態であると受信有無検出部２１が検出している場合には、受信状態から非受信状態へ移行した時点におけるクロック信号の位相情報を保持する回路である。また、送信側位相保持部２３は、送信バッファ１１が送信信号を送信している場合には、送信信号を送信する直前のクロック信号の位相情報を保持する回路である。
【００２３】
図９は、実施の形態１に係るクロック抽出部１６の構成例を示す図である。
図９に示すクロック抽出部１６では、受信側位相保持部２２は、サンプルホールド回路（保持回路）としている。サンプルホールド回路は、受信有無検出部２１が非受信状態であると検出している場合には、受信状態から非受信状態へ移行した時点におけるループフィルタ１９の出力電位を位相情報として保持しておく。そして、サンプルホールド回路は、受信有無検出部２１が非受信状態であることを検出している場合には、ループフィルタ１９の出力電位に代えて、保持した電位をＶＣＯ２０の制御電位とする。
したがって、図９に示すクロック抽出部１６では、非受信状態の場合におけるＶＣＯ２０の制御電位は一定となり、ＶＣＯ２０から出力されるクロック信号の周波数は一定になる。
【００２４】
図１０は、実施の形態１に係る送信側位相保持部２３の構成例を示す図である。
図１０では、送信側位相保持部２３をクロック抽出部１６と同様に、ＰＬＬ回路として構成している。ここで、位相比較器２４、ループフィルタ２５、ＶＣＯ２６は、位相比較器１８、ループフィルタ１９、ＶＣＯ２０と同一である。但し、位相比較器２４の入力信号は、ＣＤＲ回路１４（つまり、クロック抽出部１６）が出力したクロック信号である。
サンプルホールド回路２７は、受信有無検出部２１が非受信状態であることを検出している場合と、出力制御信号が送信信号を送信中であることを示す場合とのいずれかの場合には、その直前の時点におけるループフィルタ２５の出力電位を位相情報として保持しておく。そして、サンプルホールド回路２７は、前記いずれかの場合には、ループフィルタ２５の出力電位に代えて、保持した電位をＶＣＯ２６の制御電位とする。
したがって、図１０に示す送信側位相保持部２３では、受信有無検出部２１が非受信状態であることを検出している場合と、出力制御信号が送信信号を送信中であることを示す場合とのいずれかの場合には、ＶＣＯ２６の制御電位は一定となり、ＶＣＯ２６から出力されるクロック信号の周波数は一定になる。
【００２５】
図８に示す各トランシーバ１の動作について説明する。ここでは、（１）トランシーバ１ａが送信信号を送信し、トランシーバ１ａが送信した送信信号を他のトランシーバ１ｂ，．．．，１ｎが受信信号として受信しており、その後、（２）送信信号が送信されないアイドル期間を経て、（３）トランシーバ１ｂが送信信号を送信し、トランシーバ１ｂが送信した送信信号を他のトランシーバ１ａ，１ｃ，．．．，１ｎが受信信号として受信するものとする。
【００２６】
＜（１）トランシーバ１ａが送信信号を送信している場合の動作＞
トランシーバ１ａでは、送信バッファ１１は、データ信号に送信側位相保持部２３が出力するクロック信号を重畳させた送信信号を伝送路２へ送信する。このとき、他のトランシーバ１ｂ，．．．，１ｎでは、送信バッファ１１が、ハイ・インピーダンスを送信する。
【００２７】
トランシーバ１ａを含む各トランシーバ１ａ，．．．，１ｎでは、受信バッファ１３は、トランシーバ１ａの送信バッファ１１が送信した送信信号を受信信号として受信する。受信バッファ１３が受信した受信信号は、クロック抽出部１６とデータサンプリング回路１７とへ送られる。クロック抽出部１６は、受信信号と同期したクロック信号を出力し、データサンプリング回路１７は、クロック抽出部１６が出力したクロック信号を用いてデータのサンプリングを行う。そして、デシリアライザ１５により、サンプリングされたシリアルデータがパラレルデータに変換される。
【００２８】
また、各トランシーバ１ａ，．．．，１ｎでは、クロック抽出部１６で抽出されたクロック信号は、送信側位相保持部２３へ出力される。
トランシーバ１ａでは、送信信号の送信中の場合、送信側位相保持部２３は送信直前のクロック信号の位相情報を保持しておく。図１０に示す送信側位相保持部２３であれば、ＶＣＯ２６の制御電位は一定となり、ＶＣＯ２６から出力されるクロック信号は一定になる。つまり、送信バッファ１１が利用するクロック周波数は一定になる。
一方、トランシーバ１ｂ，．．．，１ｎでは、送信側位相保持部２３は、クロック抽出部１６で抽出されたクロック信号を出力する。図１０に示す送信側位相保持部２３であれば、クロック抽出部１６で抽出されたクロック信号と同期したクロック信号が出力される。
【００２９】
つまり、トランシーバ１ａが送信信号を送信している場合、トランシーバ１ａ，．．．，１ｎにおけるクロック抽出部１６と送信側位相保持部２３とが出力するクロック信号は全て同期している。
【００３０】
＜（２）アイドル期間中の動作＞
トランシーバ１ａの送信バッファ１１は、送信信号の送信を停止して、他のトランシーバ１ｂ，．．．，１ｎと同様に、ハイ・インピーダンスを送信する。
【００３１】
すると、トランシーバ１ａを含む各トランシーバ１ａ，．．．，１ｎでは、受信有無検出部２１は、非受信状態を検出する。非受信状態を受信有無検出部２１が検出すると、受信側位相保持部２２は、受信状態から非受信状態へ移行した時点におけるクロック信号の位相情報を保持する。これにより、全てのトランシーバ１ａ，．．．，１ｎの受信側位相保持部２２が、伝送路２の遅延の分の誤差があるものの、概ね同一の位相情報を保持することになる。
図９に示すクロック抽出部１６であれば、受信側位相保持部２２は、受信状態から非受信状態へ移行した時点におけるループフィルタ１９の出力電位を保持しておく。そして、受信側位相保持部２２は、非受信状態の間、ループフィルタ１９の出力電位に代えて、保持した電位をＶＣＯ２０の制御電位とする。これにより、全てのトランシーバ１ａ，．．．，１ｎのＶＣＯ２０の制御電位が概ね同一となり、全てのトランシーバ１ａ，．．．，１ｎのＶＣＯ２０から概ね同一のクロック信号が出力される。
【００３２】
また、トランシーバ１ａを含む各トランシーバ１ａ，．．．，１ｎでは、非受信状態を受信有無検出部２１が検出すると、送信側位相保持部２３は、受信状態から非受信状態へ移行した時点におけるクロック信号の位相情報を保持する。これにより、トランシーバ１ａ，．．．，１ｎの送信側位相保持部２３が、概ね同一の位相情報を保持することになる。
図１０に示す送信側位相保持部２３であれば、受信状態から非受信状態へ移行した時点におけるループフィルタ２５の出力電位を保持しておく。そして、受信側位相保持部２２は、非受信状態の間、ループフィルタ２５の出力電位に代えて、保持した電位をＶＣＯ２０の制御電位とする。これにより、全てのトランシーバ１ａ，．．．，１ｎのＶＣＯ２０の制御電位が概ね同一となり、全てのトランシーバ１ａ，．．．，１ｎのＶＣＯ２０から概ね同一のクロック信号が出力される。
【００３３】
つまり、アイドル期間中においても、トランシーバ１ａ，．．．，１ｎにおけるクロック抽出部１６と送信側位相保持部２３とが出力するクロック信号は全て概ね同期している。
【００３４】
＜（３）トランシーバ１ｂが送信信号を送信している場合の動作＞
トランシーバ１ｂでは、送信バッファ１１は、データ信号に送信側位相保持部２３が出力するクロック信号を重畳させた送信信号を伝送路２へ送信する。このとき、他のトランシーバ１ａ，１ｃ，．．．，１ｎでは、送信バッファ１１が、ハイ・インピーダンスを送信する。
【００３５】
トランシーバ１ｂを含む各トランシーバ１ａ，．．．，１ｎでは、受信バッファ１３は、トランシーバ１ｂの送信バッファ１１が送信した送信信号を受信信号として受信する。受信バッファ１３が受信した受信信号は、クロック抽出部１６とデータサンプリング回路１７とへ送られる。クロック抽出部１６は、受信信号と同期したクロック信号を出力し、データサンプリング回路１７は、クロック抽出部１６が出力したクロック信号を用いてデータのサンプリングを行う。そして、デシリアライザ１５により、サンプリングされたシリアルデータがパラレルデータに変換される。
【００３６】
なお、通常であれば、トランシーバ１ｂからの受信信号の受信を開始した時点では、受信信号と、クロック抽出部１６が出力しているクロック信号との位相は、全く揃っておらず、受信信号と、クロック抽出部１６が出力しているクロック信号とは全く同期していない。これは、通常、アイドル期間中は、クロック抽出部１６は制御されておらず、自走状態となっているためである。そのため、再同期するのに長い時間がかかる。
しかし、上述したように、実施の形態１に係るトランシーバ１では、アイドル期間中でも、トランシーバ１ａ，．．．，１ｎにおけるクロック抽出部１６と送信側位相保持部２３とが出力するクロック信号は全て概ね同期している。したがって、トランシーバ１ｂから送信された送信信号（受信信号）と、他のトランシーバ１ａ，１ｃ，．．．，１ｎのクロック抽出部１６が出力するクロック信号とは概ね同期している。そのため、短時間で再同期することができる。
図９に示すクロック抽出部１６であれば、受信信号の受信を開始した時点で、受信信号とＶＣＯ２０が出力するクロック信号との位相差がほとんどないため、短時間で受信信号に同期したクロック信号を出力することができる。
【００３７】
図１１は、図１に示すトランシーバ１を用いた場合と、図８に示すトランシーバ１を用いた場合との通信の流れを対比した図である。
上述した通り、通信が一旦終わり、次の通信が開始されるまでには、通信の衝突を防止するためのアイドル期間がとられるという点についてはいずれも同じである。しかし、図８に示すトランシーバ１を用いた場合、短時間で再同期することができるため、伝送路の使用効率の低下を抑えることができる。
【００３８】
以上のように、実施の形態１に係るトランシーバ１では、ＰＬＬ回路をベースとしたＣＤＲ回路を用いたトランシーバ１を、１対１の接続ではなく、バス構造の接続とした場合であっても、再同期にかかる時間を短くでき、伝送路の使用効率の低下を抑えることができる。
なお、実施の形態１に係るトランシーバ１は、信号の送信中は、送信側位相保持部２３が位相情報を保持しておき、一定のクロック信号を利用して信号を送信する。そのため、安定した通信を行うことができる。
【００３９】
実施の形態２．
実施の形態２では、送信クロックの切り替えを可能としたトランシーバ１について説明する。
【００４０】
図１２は、実施の形態２に係るトランシーバ１の構成を示す図である。
図１２に示すトランシーバ１は、クロック切替部２８を備える点が、図８に示すトランシーバ１と異なる。他は、図８に示すトランシーバ１と同じであるため、同一のものには同一の符号を付して説明を省略する。
【００４１】
クロック切替部２８は、セレクタ２９（クロック選択部）、信号調整部３０を備える。
【００４２】
セレクタ２９は、切替信号に従い、ローカル送信クロック信号と、送信側位相保持部２３が出力するクロック信号とのどちらを使用してデータを送信するかを切り替える。送信バッファ１１は、セレクタ２９が選択したクロック信号を重畳させた送信信号を送信する。
例えば、セレクタ２９は、通常動作時には送信側位相保持部２３が出力するクロック信号を選択して送信クロックとして使用させる。
一方、セレクタ２９は、何らかの理由により高精度なクロックを使用したデータ信号を伝送路２へ送出して、各トランシーバ１の状態を理想的な状態にする必要が生じた場合には、高精度な水晶発振器等を使用して生成したローカル送信クロックを選択して送信クロックとして使用させる。具体的には、システムの起動時やシステムに異常が発生してその是正を行う場合、通信品質向上のために定期的に高精度なクロック信号による通信を行う場合等が考えられる。
【００４３】
信号調整部３０は、セレクタ２９がクロック信号を変更した場合に、急激な位相変化が発生しないように、変更前のクロック信号から変更後のクロック信号に徐々にクロック信号を変化させて出力する。
【００４４】
図１３は、実施の形態２に係る信号調整部３０の構成例を示す図である。
図１３では、信号調整部３０をクロック抽出部１６と同様に、ＰＬＬ回路として構成している。ここで、位相比較器３１、ループフィルタ３２、ＶＣＯ３３は、位相比較器１８、ループフィルタ１９、ＶＣＯ２０と同一である。但し、位相比較器３１の入力信号は、セレクタ２９が出力したクロック信号である。
セレクタ２９で位相状態のまったく異なるクロック信号に切替えたとしても、信号調整部３０により急激な位相変化が吸収される。そして、最終的にシリアライザ１２に入力される送信クロック信号は徐々に変化しながらセレクタ２９で選択されたクロック信号の位相に一致させることができる。そのため、送信バッファ１１からの出力信号に大きな影響を与えることなく、送信クロック信号の切替えが可能となる。
【００４５】
実施の形態３．
実施の形態３では、より高速な再同期を実現するトランシーバ１について説明する。
【００４６】
図１４は、実施の形態３に係るクロック抽出部１６の構成例を示す図である。なお、図１４では、図９に示すクロック抽出部１６の構成を変形した例を示している。
図１４に示すクロック抽出部１６は、ループフィルタ１９に代えて、高速応答用ループフィルタ３４、低速応答用ループフィルタ３５、ループフィルタ選択部３６、同期判定部３７を備える点が、図９に示すクロック抽出部１６と異なる。他は、図９に示すクロック抽出部１６と同じであるため、同一のものには同一の符号を付して説明を省略する。
【００４７】
高速応答用ループフィルタ３４は、ＶＣＯ２０の出力信号が受信信号に追随する速度（応答速度）が速くなるように設定されたループフィルタである。低速応答用ループフィルタ３５は、高速応答用ループフィルタ３４に比べて、応答速度が遅くなるように設定されたループフィルタである。ループフィルタ選択部３６は、高速応答用ループフィルタ３４と低速応答用ループフィルタ３５とのどちらから出力された電位を受信側位相保持部２２へ入力するかを選択する回路である。同期判定部３７は、受信信号と、ＶＣＯ２０が出力するクロック信号とが同期したか否かを判定する回路である。
【００４８】
実施の形態３に係るクロック抽出部１６の動作について説明する。
（１）通常の受信動作時には、ループフィルタ選択部３６は低速応答用ループフィルタ３５を選択する。そのため、クロック抽出部１６は、受信バッファ１３が受信した受信信号の変化に対して、ある程度ゆっくりとした追随動作を行ってクロック信号の抽出を行う。これにより、受信信号が数サイクルにわたって論理値“１”や“０”の状態が連続しており変化しないような場合でも、受信信号とクロック信号との同期が簡単に外れることがない。
（２）受信有無検出部２１が、受信バッファ１３が受信する受信信号が途切れたこと（非受信状態になったこと）を検出すると、サンプルホールド回路（受信側位相保持部２２）により保持された電位を制御電位としてＶＣＯ２０が動作する。したがって、ＶＣＯ２０が出力するクロック信号の位相は保持される。
（３）受信有無検出部２１が、受信バッファ１３が再び受信信号を受信したことを検出すると、サンプルホールド回路は電位の保持を止め、ループフィルタ選択部３６が選択するループフィルタが出力する電位を制御電位としてＶＣＯ２０が動作する。このとき、ループフィルタ選択部３６は高速応答用ループフィルタ３４を選択する。そのため、クロック抽出部１６は、受信バッファ１３が受信した受信信号の変化に対して、高速に追随動作を行ってクロック信号の抽出を行う。この際、同期判定部３７は、随時、高速応答用ループフィルタ３４が出力する電位が安定しているか否かを監視することにより、受信信号と、ＶＣＯ２０が出力するクロック信号とが同期したか否かを判定する。
（４）同期判定部３７が同期したと判定すると、ループフィルタ選択部３６は高速応答用ループフィルタ３４から低速応答用ループフィルタ３５に切り替え、（１）の通常の受信動作へ移行する。
【００４９】
送信側位相保持部２３についても、クロック抽出部１６と同様の変形をすることにより、高速に再同期させることができる。
【００５０】
図１５は、実施の形態３に係る送信側位相保持部２３の構成例を示す図である。なお、図１５では、図１０に示す送信側位相保持部２３の構成を変形した例を示している。
図１５に示す送信側位相保持部２３は、ループフィルタ２５に代えて、高速応答用ループフィルタ３８、低速応答用ループフィルタ３９、ループフィルタ選択部４０、同期判定部４１を備える点が、図１０に示す送信側位相保持部２３と異なる。他は、図１０に示す送信側位相保持部２３と同じである。
なお、図１５に示す送信側位相保持部２３の動作は、図１４に示すクロック抽出部１６の動作と同様であるため、説明を省略する。
【００５１】
以上のように、実施の形態３に係るトランシーバ１では、クロック抽出部１６に２つのループフィルタを持たせることにより、より高速な再同期を実現する。
【符号の説明】
【００５２】
１ トランシーバ、２ 伝送路、３ 送信系、４ 受信系、１１ 送信バッファ、１２ シリアライザ、１３ 受信バッファ、１４ ＣＤＲ回路、１５ デシリアライザ、１６ クロック抽出部、１７ データサンプリング回路、１８，２４，３１ 位相比較器、１９，２５，３２ ループフィルタ、２０，２６，３３ ＶＣＯ、２１ 受信有無検出部、２２ 受信側位相保持部、２３ 送信側位相保持部、２７ サンプルホールド回路、２８ クロック切替部、２９ セレクタ、３０ 信号調整部、３４，３８ 高速応答用ループフィルタ、３５，３９ 低速応答用ループフィルタ、３６，４０ ループフィルタ選択部、３７，４１ 同期判定部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定のデータを表すデータ信号にクロック信号が重畳された信号を受信信号として受信する受信部と、
前記受信部が受信した受信信号からクロック信号を抽出するクロック抽出部であって、前記受信部が受信信号を受信していない非受信状態の場合には、前記受信部が受信信号を受信している受信状態から前記非受信状態へ移行する時点におけるクロック信号の位相を示す位相情報を保持しておくクロック抽出部と、
前記クロック抽出部が抽出したクロック信号を用いて、前記受信信号からデータを抽出するデータ抽出部と、
前記クロック抽出部が保持した位相情報を用いて生成されたクロック信号を送信クロック信号として、前記送信クロック信号に同期したデータ信号を送信する送信部であって、前記送信クロック信号をデータ信号に重畳させた信号を送信信号として送信する送信部と
を備えることを特徴とする通信装置。
【請求項２】
前記受信部は、他の通信装置が送信した送信信号だけでなく、自身が備える前記送信部が送信した送信信号も受信する
ことを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
【請求項３】
前記クロック抽出部は、
前記受信信号とフィードバック信号との位相差を電位に変換する位相比較器と、
前記位相比較器が変換した電位を入力として、高周波成分を除去した電位を出力するループフィルタと、
前記ループフィルタが出力する電位を制御電位として、制御電位に応じた周波数のクロック信号を出力するとともに、出力するクロック信号を前記フィードバック信号として前記位相比較器へ入力する電位制御発振機と、
前記非受信状態の場合には、前記受信状態から前記非受信状態へ移行する時点において前記ループフィルタが出力した電位を前記位相情報として保持しておき、前記ループフィルタが出力する電位に代えて、保持した電位を前記電位制御発振機の前記制御電位とする保持回路と
を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の通信装置。
【請求項４】
前記送信部は、前記電位制御発振機が出力したクロック信号を前記送信クロック信号とする
ことを特徴とする請求項３に記載の通信装置。
【請求項５】
前記通信装置は、さらに、
前記電位制御発振機が出力したクロック信号に同期したクロック信号を出力する送信クロック保持部であって、前記送信部が送信信号を送信している場合には、出力するクロック信号の周波数を一定に保持する送信クロック保持部
を備え、
前記送信部は、前記送信クロック保持部が出力したクロック信号を前記送信クロック信号とする
ことを特徴とする請求項４に記載の通信装置。
【請求項６】
前記通信装置は、さらに、
前記位相情報を用いて生成されたクロック信号と、所定のクロック信号とのいずれかを選択するクロック選択部と、
前記クロック選択部が選択するクロックを切り替えた場合に、切り替え前のクロック信号から切り替え後のクロック信号に徐々にクロック信号を変化させて出力する信号調整部と
を備え、
前記送信部は、前記信号調整部が出力したクロック信号を前記送信クロック信号とする
ことを特徴とする請求項１から５までのいずれかに記載の通信装置。
【請求項７】
前記ループフィルタは、前記受信信号に対して応答速度が速い高速フィルタと、前記受信信号に対しての応答速度が遅い低速フィルタとを備え、
前記クロック抽出部は、さらに、
前記ループフィルタの出力電位が所定の安定状態となっているか否かを判定する電位判定部と、
前記非受信状態から前記受信状態に切り替わった場合には、前記高速フィルタから出力された電位を前記電位制御発振機の前記制御電位とする高速フィルタ運転をし、前記高速フィルタ運転時に前記電位判定部が安定状態となっていると判定した場合には、前記低速フィルタから出力された電位を前記電位制御発振機の前記制御電位とする低速フィルタ運転をするフィルタ切替部と
を備えることを特徴とする請求項３から５までのいずれかに記載の通信装置。
【請求項８】
受信部が、所定のデータを表すデータ信号にクロック信号が重畳された信号を受信信号として受信する受信工程と、
クロック抽出部が、前記受信工程で受信した受信信号からクロック信号を抽出するクロック抽出工程であって、前記受信工程で受信信号を受信していない非受信状態の場合には、前記受信工程で受信信号を受信している受信状態から前記非受信状態へ移行する時点におけるクロック信号の位相を示す位相情報を保持しておくクロック抽出工程と、
データ抽出部が、前記クロック抽出工程で抽出したクロック信号を用いて、前記受信信号からデータを抽出するデータ抽出工程と、
送信部が、前記クロック抽出工程で保持した位相情報を用いて生成されたクロック信号を送信クロック信号として、前記送信クロック信号に同期したデータ信号を送信する送信工程であって、前記送信クロック信号をデータ信号に重畳させた信号を送信信号として送信する送信工程と
を備えることを特徴とする通信方法。
【請求項１】
所定のデータを表すデータ信号にクロック信号が重畳された信号を受信信号として受信する受信部と、
前記受信部が受信した受信信号からクロック信号を抽出するクロック抽出部であって、前記受信部が受信信号を受信していない非受信状態の場合には、前記受信部が受信信号を受信している受信状態から前記非受信状態へ移行する時点におけるクロック信号の位相を示す位相情報を保持しておくクロック抽出部と、
前記クロック抽出部が抽出したクロック信号を用いて、前記受信信号からデータを抽出するデータ抽出部と、
前記クロック抽出部が保持した位相情報を用いて生成されたクロック信号を送信クロック信号として、前記送信クロック信号に同期したデータ信号を送信する送信部であって、前記送信クロック信号をデータ信号に重畳させた信号を送信信号として送信する送信部と
を備えることを特徴とする通信装置。
【請求項２】
前記受信部は、他の通信装置が送信した送信信号だけでなく、自身が備える前記送信部が送信した送信信号も受信する
ことを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
【請求項３】
前記クロック抽出部は、
前記受信信号とフィードバック信号との位相差を電位に変換する位相比較器と、
前記位相比較器が変換した電位を入力として、高周波成分を除去した電位を出力するループフィルタと、
前記ループフィルタが出力する電位を制御電位として、制御電位に応じた周波数のクロック信号を出力するとともに、出力するクロック信号を前記フィードバック信号として前記位相比較器へ入力する電位制御発振機と、
前記非受信状態の場合には、前記受信状態から前記非受信状態へ移行する時点において前記ループフィルタが出力した電位を前記位相情報として保持しておき、前記ループフィルタが出力する電位に代えて、保持した電位を前記電位制御発振機の前記制御電位とする保持回路と
を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の通信装置。
【請求項４】
前記送信部は、前記電位制御発振機が出力したクロック信号を前記送信クロック信号とする
ことを特徴とする請求項３に記載の通信装置。
【請求項５】
前記通信装置は、さらに、
前記電位制御発振機が出力したクロック信号に同期したクロック信号を出力する送信クロック保持部であって、前記送信部が送信信号を送信している場合には、出力するクロック信号の周波数を一定に保持する送信クロック保持部
を備え、
前記送信部は、前記送信クロック保持部が出力したクロック信号を前記送信クロック信号とする
ことを特徴とする請求項４に記載の通信装置。
【請求項６】
前記通信装置は、さらに、
前記位相情報を用いて生成されたクロック信号と、所定のクロック信号とのいずれかを選択するクロック選択部と、
前記クロック選択部が選択するクロックを切り替えた場合に、切り替え前のクロック信号から切り替え後のクロック信号に徐々にクロック信号を変化させて出力する信号調整部と
を備え、
前記送信部は、前記信号調整部が出力したクロック信号を前記送信クロック信号とする
ことを特徴とする請求項１から５までのいずれかに記載の通信装置。
【請求項７】
前記ループフィルタは、前記受信信号に対して応答速度が速い高速フィルタと、前記受信信号に対しての応答速度が遅い低速フィルタとを備え、
前記クロック抽出部は、さらに、
前記ループフィルタの出力電位が所定の安定状態となっているか否かを判定する電位判定部と、
前記非受信状態から前記受信状態に切り替わった場合には、前記高速フィルタから出力された電位を前記電位制御発振機の前記制御電位とする高速フィルタ運転をし、前記高速フィルタ運転時に前記電位判定部が安定状態となっていると判定した場合には、前記低速フィルタから出力された電位を前記電位制御発振機の前記制御電位とする低速フィルタ運転をするフィルタ切替部と
を備えることを特徴とする請求項３から５までのいずれかに記載の通信装置。
【請求項８】
受信部が、所定のデータを表すデータ信号にクロック信号が重畳された信号を受信信号として受信する受信工程と、
クロック抽出部が、前記受信工程で受信した受信信号からクロック信号を抽出するクロック抽出工程であって、前記受信工程で受信信号を受信していない非受信状態の場合には、前記受信工程で受信信号を受信している受信状態から前記非受信状態へ移行する時点におけるクロック信号の位相を示す位相情報を保持しておくクロック抽出工程と、
データ抽出部が、前記クロック抽出工程で抽出したクロック信号を用いて、前記受信信号からデータを抽出するデータ抽出工程と、
送信部が、前記クロック抽出工程で保持した位相情報を用いて生成されたクロック信号を送信クロック信号として、前記送信クロック信号に同期したデータ信号を送信する送信工程であって、前記送信クロック信号をデータ信号に重畳させた信号を送信信号として送信する送信工程と
を備えることを特徴とする通信方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１２−２０５２０４（Ｐ２０１２−２０５２０４Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６９８４６（Ｐ２０１１−６９８４６）
【出願日】平成２３年３月２８日（２０１１．３．２８）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２８日（２０１１．３．２８）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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