JP2003157230A - マルチドロップ方式で構成されたクロック信号・データ分離型シリアルデータ通信方式におけるクロック信号・データタイムスキューの低減方法とクロック信号伝送線の単線化 - Google Patents

マルチドロップ方式で構成されたクロック信号・データ分離型シリアルデータ通信方式におけるクロック信号・データタイムスキューの低減方法とクロック信号伝送線の単線化

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JP2003157230A
JP2003157230A JP2001355132A JP2001355132A JP2003157230A JP 2003157230 A JP2003157230 A JP 2003157230A JP 2001355132 A JP2001355132 A JP 2001355132A JP 2001355132 A JP2001355132 A JP 2001355132A JP 2003157230 A JP2003157230 A JP 2003157230A
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clock signal
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communication
transmission line
time skew
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JP2001355132A
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Takao Fukushima
孝雄 福島
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LAND COMPUTER KK
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Abstract

(57)【要約】 【課題】クロック信号とデータを別々の伝送線上で送信
する場合、従来マスター装置がクロック信号を発生し、
クライアント装置が、このクロック信号のクライアント
の位置でのタイミングに合わせて、データを送出する方
式を用いて来た。これは下り方向通信の場合は、クロッ
ク信号とデータが同じ方向に伝達するため問題がない
が、上り方向通信の場合は逆方向になるためタイムスキ
ューが発生し、データレートまたは伝送線の最大長の制
限の主要な原因となっていた。 【解決手段】上り方向クロック信号に、下り方向クロッ
ク信号を伝送線終端で送り返したクロック信号を用い、
クロック信号・データのタイムスキューを零にし、且つ
上り方向クロック信号と下り方向クロック信号を相互に
逆極性にして、クロック信号伝送線を一本だけを用いる
双方向通信手段を考案した。

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明が属する技術分野】本発明は、多ビット、多チャ
ンネルのデジタルデータや、多チャンネルのアナログデ
ータを、シリアルデータとして送受信する通信方式に関
するものである。特に1台のマスター装置と多数のクラ
イアント装置の間の通信(マルチドロップ方式)を上り
と下りの双方向の通信について、クロック信号伝送線1
本とデータ伝送線2本の合計3本の伝送線(バスライン
とも呼ぶ)を使用して、容易に、且つ安定に行うための
考案である。 【0002】又、マスター装置のクロック信号発生回路
を独立させると、マスター装置とクライアント装置の区
別が基本的にはなくなる。この状態でデータの上り方
向、下り方向を選択してデータの伝達方向と、クロック
信号の伝達方向を一致させれば、多数のマスター装置対
多数のクライアント装置の間の通信に拡張できる。この
場合、データが伝達する方向が判るようにIDNo.を
クライアント装置に付加し、且つIDNo.順に整列さ
せることにより、クライアント装置の通信すべき相手が
決まると、自動的にデータ通信の方向に従って、マスタ
ー装置のクロック信号発生回路か、伝送線の終端に位置
するクロック信号発生回路かのいずれを使用するか決定
する。 【0003】 【従来の技術】クロック信号とデータを、伝達時間が問
題になる程度の長さの別々の伝送線上で送信する場合、
クロック信号とデータの伝達時間に差異が生じても、1
/2クロック信号巾の時間以内であれば、通常は実害が
生じない。マスター装置からクライアント装置方向のデ
ータの通信(下り方向通信)においては、送信側である
マスター装置が、データとそれをサンプルする時刻を指
示するクロック信号を最適な位相で送出すれば、伝送線
の特性の違いによる伝達速度や、波形のなまり等によっ
て生ずるこのクロック信号とデータの2者間の時間遅延
差(タイムスキュー)は、一本の伝送線(バス)上に複
数の受信者(クライアント)が存在するマルチドロップ
方式通信の場合でも、さほど増大することはなく、実際
上問題になることはなかった。 【0004】一方、クライアント装置からマスター装置
への方向の、所謂上り方向通信に実用されている方法
は、図1に示すように、マスター装置がクロック信号を
発生させ、データ送出者であるクライアント装置が、こ
のクロック信号のクライアントの位置でのタイミングに
合わせて、データを送出する方式を用いる。この場合、
マスター装置からクライアント装置までのクロック信号
伝達時間及びクライアント装置からマスター装置までの
データの伝達時間が、送信者、受信者が望ましいとする
クロック信号の差異となり、必然的にデータとクロック
信号の時間差(タイムスキュー)を発生する。この時間
差が1/2クロック信号巾を越えてはならないと云う条
件から、データレート又は伝送線の最大長に制限をもた
らす。以上説明した方式は、代表的にはIC通信方
式、及び同期通信における受信クロック信号を受信者側
で発生させるモードとして実用化されているが、上述の
タイムスキューのため通信スピード(データレート)が
制限される欠点を有する。 【0005】 【発明が解決しようとする課題】この上り方向通信の問
題は、データとクロック信号が逆方向に伝達することに
問題を発している。この問題を解決するには、伝送線の
終端位置に別のクロック信号発生回路を設け、そのクロ
ック信号に同期して、各クライアントがデータを送出す
る必要がある。このクロック信号はデータとの流れが同
じ方向であるため、両者の伝送線のスピード差がないよ
うに配慮すれば、クロック信号とデータ間のタイムスキ
ューの少ない安定な通信が出来る。(図2) 【0006】 【課題を解決するための手段】本発明は、1対多数通信
に於いて、マスター装置と呼ばれる一台がクロック信号
発生回路を持ち、終端位置においては単にそのクロック
信号を適切な遅延を付加した後に逆極性で送り返して、
マスターの上り方向通信用クロック信号とする。クライ
アント装置と呼ばれる多数の内の一台の装置が、送信時
はこの送り返しクロック信号に同期してデータを送信す
る。この方法によれば、システム全体でクロック信号発
生回路は一ヶ所あれば良く、又クロック信号とデータが
同じ方向に伝達して行くから、クロック信号とデータの
スキューが事実上零に出来る(図3)。 【0007】更に、コストを低減するため、2つのクロ
ック信号を同一伝送線で伝送する方式を考案した。その
原理は、2つのクロック信号の巾と位相関係を調整し
て、2つのクロック信号パルスが伝送線上に同時には存
在しないようにして、且つ2つのクロック信号の極性を
逆にして、2つを容易に判別できるようにした(図4〜
図9)。厳密に云えば、同一位置でなければ、正負のク
ロック信号が同時に存在しても問題ないが、以下の説明
では、これによって得られるアドバンテージは無視して
いる。 【0008】図4、図5に従って、クロック信号伝送線
を一本で済ませる原理を説明する。マスター装置が発生
したクロック信号は、伝送線の終端で人為的に加えた遅
延時間 td が付加されて、逆方向に送り返される。こ
の送り返しクロック信号発生部では、入力回路は発振防
止と安定動作のため、正パルスにのみ感度を有するよう
に構成する。又以下の条件によって2つの正負のクロッ
ク信号はこのライン上に同時には存在しないようにtd
を決定してある。 【0009】tp=クロック信号パルスがあるクライア
ント装置を通り過ぎてから、伝送線の終端位置で送り返
して同じクライアント装置に戻るまでの時間(人為的に
付加した遅延時間を除く) td=人為的に加えた遅延時間 とすると、送り返しクロック信号パルスは(tp+td)
時間遅れて通過する。このパルスが打ち消し合うほど、
接近するのを防ぐため、遅延時間tdを調節する。クロ
ック信号パルス波形が重ならない条件は、 td+tp≧下り方向通信用クロック信号パルスの巾 となる。tp=0(終端に位置するクライアント装置の
場合)の最悪条件で、td≧クロック信号パルス巾であ
れば良いことになる。 【0010】従ってクロック信号パルス巾は小さい方
が、この条件では有利である。典型的なクロック信号パ
ルス波形を図5、図6、図7に示す。またtdが大きす
ぎて、次のクロック信号に重ならない必要があるが、こ
の条件 td+tp+上り方向クロック信号巾≦クロック信号周期 は一般的に容易に満足させ得る。 【0011】以上を総括すると (1)クロック信号の極性を逆にして2つのクロック信
号を区別する。 (2)下り方向通信用クロック信号(正クロック信号)
が終わって(LOWになって)から、上り方向通信用ク
ロック信号を発生させる(td=クロック信号巾)こと
により、伝送線一本で2つのクロック信号パルスを伝達
することを実現している。なお、2つのクロック信号を
区別できる方式としては、クロック信号巾を変更する、
或いはその他のエンコード方式でも可能である。 【0012】 【発明の実施の形態】双方向で通信を行う、1台のマス
ター装置と複数のクライアント装置間の、多チャンネル
のアナログ又はディジタルデータの送受信を、クロック
信号・データの対で行う通信方式において、低コストで
且つ安定な通信が可能な方式を提供する。 【0013】 【実施例】音声の送受信32回線分を1本のクロック信
号伝送線、2本のデータ伝送線で実現した例を示す。な
お実際の伝送線は差動型ラインを使用したが、図面上で
はシングルエンド型ラインで表示してある。音声データ
32回線は、それぞれが44kHzでサンプル&ホール
ドされる。 【0014】ここでは、マスター装置と呼ばれる一台
と、クライアント装置と呼ばれる32台を想定して説明
する。まずマスター装置は各クライアント装置へ向かっ
て、クロック信号・データの2本の伝送線で、データを
送信する。まずアナログの音声データをサンプル&ホー
ルドして、自分の割り当て時間帯の間に伝送線に送出す
る。この場合の波形は図11のようになる。クライアン
ト装置は、送られて来たクロック信号をPLL回路に入
力し、32倍の速度のサンプリングクロックを発生さ
せ、このサンプリングクロックをカウントして、自分の
IDNo.と一致した時、データ伝送線から自らの分の
データを取り込んで、自分宛のデータを受信する。 【0015】一方各クライアントが送信する手順は以下
の通りである。まず、クライアントは上り方向通信用ク
ロック信号(負極性)を受信し、PLL回路にて、32
倍の速度のサンプリングクロックを発生する。自分のI
DNo.とカウントが一致したとき、この区間を自分の
割り当て区間と判断して、データ伝送線に自分の音声デ
ータを送出する。マスター装置は、この負極性クロック
信号を基準として32倍のサンプリングクロックを発生
させ、各々のサンプリングクロックのカウントごとにデ
ータを取り込み、ホールドすることにより、32チャン
ネル分のデータ全部を受信する。なお、5V単一電源を
使用する場合は、中心値2.5Vを基準として正負を定
義すればよい。 【0016】 【発明の効果】本発明は、高速のデータ(デジタル及び
アナログ)を複数の相手と通信(送受信)する場合の、
クロック信号とデータの時間差を最小にして、タイムス
キューのための通信スピードの制限をなくする方式の考
案である。 【0017】本発明は、この複数の送信装置に生じるク
ロック信号時間差を原理上零に出来るクロック信号の送
出方法の考案と、下り方向通信用と上り方向通信用の2
種のクロック信号を一本の伝送線で伝送する考案の2つ
からなっている。高速の多チャンネルデータを、3対の
伝送線を用いて、低コストで安定に送受信出来る方式の
考案である。
【図面の簡単な説明】 【図1】下り方向通信用と上り方向通信用の2種のクロ
ック信号を、マスター装置が発生する方法を示した図で
あって、タイムスキューのため、データレートが制限さ
れる。 【図2】下り方向通信用クロック信号をマスター装置で
発生させ、上り方向通信用クロック信号は伝送線終端位
置に置いた別のクロック信号発生回路で行う方法の図で
あって、タイムスキューはなくなるが、クロック信号発
生回路がもう一台増える。 【図3】この図は、マスター装置の下り方向通信用クロ
ック信号を伝送線終端位置で送り返して、返りのクロッ
ク信号発生回路は省いたものである。 【図4】図3の2本のクロック信号伝送線を更に省略し
て、クロック信号伝送線を一本にした場合の図である。
上り方向通信用クロック信号は下り方向通信用クロック
信号に適切な遅延時間を付加して送り返すことにより、
簡易に生成する。 【図5】伝送線終端位置で正負のパルスがうち消さない
よう時間差tdを設けた図である。 【図6】伝送線終端付近の位置で観測されたクロック信
号パルスの図である。(tp≒0) 【図7】伝送線中間付近の位置で観測されたクロック信
号パルスの図である。 【図8】クロック信号の伝送を伝送線一本で行う場合の
回路図である。 【図9】実施例のクライアント側の受信回路の図であ
る。 【図10】実施例において、マスター装置側で見たクロ
ック信号・データを示した図である。 【図11】実施例において、クライアント装置側で見た
クロック信号・データを示した図である。 【符号の説明】 1 マスター装置 2 送信側装置 3 受信側装置 4 下り方向通信用クロック信号 5 下り方向データ 6 上り方向通信用クロック信号 7 上り方向データ 8 上下両方向通信用クロック信号 9 クロック信号発生回 10 遅延回路 11 遅延時間td 12 遅延時間td+tp 13 クロック信号 14 正電圧電源 15 負電圧電源 16 逆極性出力回路 17 PLL回路 18 カウンター回路 19 IDNo. 20 比較回路 21 一致パルス 22 サンプル&ホールド回路 23 低域フィルター 24 32チャンネル音声信号サンプル&ホールド回路 25 44k×32チャンネル・サンプル/Sec 26 32チャンネル分のデータ 27 サンプリング周期 28 各クライアントに割り当てられた時間
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H04L 12/403 H04L 25/02 J 25/02 G06F 1/04 330A

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】クロック信号とデータを分離して通信を行
    う、一台のマスター装置と多数のクライアント装置間の
    双方向・マルチドロップ方式・データ通信において上り
    方向通信用クロック信号と上り方向データの伝達方向を
    同一方向に揃えて、相互のタイムスキューを原理上零に
    するため、上り方向通信用クロック信号の生成点を伝送
    線の終端部に置き下り方向通信用と上り方向通信用の2
    種のクロック信号を、単線の信号伝送線のみで送信する
    ことを可能にするために、下り方向通信用クロック信号
    と上り方向通信用クロック信号の相互の極性を逆極性と
    し且つ、上り方向通信用クロック信号と下り方向通信用
    クロック信号が同時にクロック信号伝送線上に存在しな
    いように、その生成時に下り方向通信用クロック信号に
    対して、適切な遅延を付加した上り方向通信用クロック
    信号を用いるシリアルデータ通信方式。
JP2001355132A 2001-11-20 2001-11-20 マルチドロップ方式で構成されたクロック信号・データ分離型シリアルデータ通信方式におけるクロック信号・データタイムスキューの低減方法とクロック信号伝送線の単線化 Pending JP2003157230A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013187865A (ja) * 2012-03-09 2013-09-19 Canon Inc 情報処理装置、シリアル通信システムおよびそれらの通信初期化の方法、並びにシリアル通信装置
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US8749535B2 (en) 2008-10-07 2014-06-10 Samsung Electronics Co., Ltd. Clock-shared differential signaling interface and related method
US9755821B2 (en) 2015-04-02 2017-09-05 Samsung Electronics Co., Ltd. Device including single wire interface and data processing system including the same
US10133692B2 (en) 2015-08-24 2018-11-20 Samsung Electronics Co., Ltd. Device including a single wire interface and a data processing system having the same

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