JP2009111497A - 信号処理装置及び信号処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】消費電力を低減してマンチェスタ符号化された信号に対する復号化の処理を行う信号処理装置及び信号処理方法を提供する。
【解決手段】送信部２の変調回路７によりマンチェスタ符号化された変調データは、静電結合部４を介して受信部３側に伝送され、２値化回路１１を経て出力される２値化データから変調データ２つ分の期間を半周期とする再生クロックが生成される。復調回路１３は、この再生クロックを用いて、この再生クロックの半周期を信号処理単位として２値化データから復調データの生成、つまり復号化を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、マンチェスタ符号化された信号に対する信号処理を行う信号処理装置及び信号処理方法に関する。

マンチェスタ符号化は、デジタル信号を高速伝送するための変調方式として広く用いられている。
例えば、デジタル信号の高速伝送を行う場合には、送信部と受信部のＤＣレベルの影響を吸収するために高速伝送ラインは、静電結合によりＤＣ的に分離することが広く行われる。このようにＤＣ的に分離した場合、そのＤＣバランスをとるために、２値のデジタル信号における“Ｈ”（或いは“１”）信号と“Ｌ”（或いは“０”）信号の数が等しくなるマンチェスタ符号が採用される。
また、遮蔽物を挟んで面積の広い電極を非接触で対面させて電極間を静電結合させ、無線で信号を伝送する方式が知られており、この場合にも伝送レートを上げて小さい結合容量の場合にも信号を伝送できるようにマンチェスタ符号が用いられる。
このようにマンチェスタ符号を用いた場合には、図７に示すように本来の信号は、マンチェスタ符号化回路（又はマンチェスタ符号化用の変調回路）によりその下に示すマンチェスタ符号に符号化される。

マンチェスタ符号化は、本来の信号“０”，“１”に対して、いずれか一方に“１０”の２ビットを割り当て、他方に“０１”の２ビットを割り当ててデジタル信号に変換するものである。なお、“１０”、“０１”の期間の長さは本来の信号の１ビットの期間に等しい。図７においては、本来の信号“０”に“１０”を、“１”に“０１”を割り当てた時のを示している。

図７では、マンチェスタ符号の下側にその符号化に対応する１ビット目及び２ビット目の関係を示している。
このようなマンチェスタ符号を、受信側において復号化する場合、上記のように信号１つ分の期間が、半分の期間となる信号、つまり２倍の周波数の信号に符号化されているため、その符号化された信号の周波数で復号化の処理を行うと、消費電力が増大する。
例えば第１の従来例としての特開平８−１９１２６９号公報には、マンチェスタ符号化及び復号化を用いて光通信する装置が開示されている。

この装置においては、送信器は、クロックを用いてマンチェスタ符号化し、その符号化されたデータを光信号にして送信する。受信器側は、受信した光信号と、その１／２ビット前の信号パワーとの差を取った差分信号を生成し、その差分信号をクロックを用いて復号化（信号再生）を行う。
このクロックは、送信側のクロックと同じ周波数のクロックで、マンチェスタ符号化された信号２ビット分を周期としたものであり、信号処理単位は、マンチェスタ符号化された信号１ビット分の期間である。
なお、第２の従来例としての特開２００６−２８７０５２号公報には、一方が回転する構造の場合においても信号を伝達可能とする静電結合装置が開示されている。
特開平８−１９１２６９号公報 特開２００６−２８７０５２号公報

第１の従来例は、マンチェスタ符号化された信号１ビット分の期間を信号処理単位とするため、消費電力が増大する欠点がある。

（発明の目的）
本発明は上述した点に鑑みてなされたもので、消費電力を低減してマンチェスタ符号化された信号に対する復号化の処理を行う信号処理装置及び信号処理方法を提供することを目的とする。

本発明の信号処理装置は、２値のデジタル信号の“０”，“１”に対して、いずれか一方に“１０”の２ビットを割り当て、他方に“０１”の２ビットを割り当ててマンチェスタ符号化されたデジタル信号に対する復号化の処理を行う信号処理装置において、
前記マンチェスタ符号化されたデジタル信号の１ビット目又は２ビット目のいずれか一方のみを検出するように、前記マンチェスタ符号化されたデジタル信号２ビット分の期間を処理単位として復号化の処理を行う復号化手段を具備することを特徴とする。

本発明の信号処理方法は、２値のデジタル信号の“０”，“１”に対して、いずれか一方に“１０”の２ビットを割り当て、他方に“０１”の２ビットを割り当ててマンチェスタ符号化されたデジタル信号における１ビット目又は２ビット目のいずれか一方のみを検出するように、前記マンチェスタ符号化されたデジタル信号の２ビット分の期間を処理単位として復号化の処理を行う復号化ステップを具備することを特徴とする。

本発明によれば、消費電力を低減してマンチェスタ符号化された信号に対する復号化の処理を行うことができる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
（実施例１）
図１から図４は本発明の実施例１に係り、図１は本発明の実施例１を備えた信号伝送システムの構成を示し、図２は信号伝送の動作におけるタイミング図を示し、図３はマンチェスタ符号に変調し、その変調データを復調する動作内容のフローチャートを示し、図４は静電結合部を介してマンチェスタ符号を伝送した場合におけるマンチェスタ符号の１ビット目及び２ビット目のアイパターンの１例を示す。
本実施例は、静電結合部を介して伝送されるマンチェスタ符号を、低エラーレートでかつ電力消費を抑制して（つまり消費電力を低減して）復調することが可能な信号処理装置及び信号処理方法を提供することを第１の目的とする。また、本実施例は、マンチェスタ符号を電力消費を抑制して復調する信号処理装置及び信号処理方法を提供することも第２の目的とする。

図１に示すように本発明の実施例１を備えた信号伝送システム１は、信号を送信する送信部２と、信号を受信する受信部３と、送信部２側と受信部３側とをＤＣ（直流）的に分離して信号伝達を行うために対向配置される静電結合手段としての静電結合部４を構成する送信電極パッド５ａ及び受信電極パッド５ｂとを有する。
送信部２は、送信するための２値のデジタル信号としての送信データを発生する送信データ発生手段としてのデータ発生回路６と、この送信データをマンチェスタ符号に変調する変調回路（マンチェスタ符号化回路）７と、この変調回路７により変調された変調データ（つまりマンチェスタ符号）を電流増幅及びインピーダンス変換して伝送ライン８ａに出力するドライブ回路９とを有する。

ドライブ回路９を経て伝送ライン８ａの一端に出力された変調データは、この伝送ライン８ａの他端に設けられた送信電極パッド５ａを介して、この送信電極パッド５ａに近接して対向配置された受信電極パッド５ｂ側に伝達される。
受信電極パッド５ｂに伝達された変調データは、この受信電極パッド５ｂが一端に接続された伝送ライン８ｂの他端に伝送され、この他端に接続され、本発明の信号処理装置の実施例１としての受信部３を構成する２値化回路１１に入力される。
受信部３は、入力される変調データを整形するための２値化を行う２値化回路１１と、この２値化回路１１により２値化された２値化データからクロックを再生するクロック再生回路１２を有する。

また、この受信部３は、クロック再生回路１２により再生された再生クロックを用いて２値化データからデータ復調（或いはデータ復号化）を行う復調回路（つまりマンチェスタ復号化回路）１３と、この復調回路１３により復調（復号化）された復調データに対してデータ処理を行うデータ処理回路１４とを有する。
上述したように送信部２の変調回路７による変調により生成された変調データとしてのマンチェスタ符号は、送信データの信号の“０”，“１”を、１ビット目と２ビット目がそれぞれ“１０”、“０１”（或いは“ＨＬ”，“ＬＨ”）となるように符号化する。 そして、実施例１に係る受信部３は、以下に説明するようにマンチェスタ符号化された変調データの２ビット目のみを検出して、変調データの復号化を行うことを特徴とするものである。

この場合、受信部３は、マンチェスタ符号化された信号となる変調データにおけるその２ビット目のみ、つまり変調データ２ビット分の期間を処理単位として復号化の処理を行う復号化手段としての復調回路１３を備えている。このように、マンチェスタ符号化された信号に対して、その信号の半分の信号処理周期を処理単位として復号化の処理を行うようにすることにより、消費電力の低減を図るようにしている。
また、この場合、復調回路１３が復調に用いるクロック（ここでは再生クロック）は、マンチェスタ符号化された変調データ２ビット分の期間を処理単位とするものである。 具体的には、再生クロックは、変調データ４ビット分の期間を周期とする。このため、変調データ１ビット分の期間を処理単位とする従来例よりも消費電力の低減化が可能となる。

また、本実施例においては静電結合を介して信号伝送を行うため、静電結合部４においてＤＣに近い低周波側の信号の伝送特性が低下するため、マンチェスタ符号化された変調データにおける１ビット目でなく、その２ビット目のみを検出するようにしている。
これにより、静電結合を介してマンチェスタ符号化された変調データの信号伝送（データ伝送）を行う場合における２ビット目と１ビット目が連続した“１１”の変調データの場合のように低周波の変調データ時にも低エラーレートで復号化を可能にする。

一般に、静電結合を介してマンチェスタ符号化された信号を伝送する場合、２ビット目と１ビット目が連続した“１１”の信号時には、その信号の振幅が低下し、エラーレートが増大或いは信号認識が困難になる課題が発生する。
これに対して、本実施例は、上記のようにマンチェスタ符号化された変調データにおける１ビット目でなく、その２ビット目のみを検出するにより、その課題を解消する。つまり、上述した第１の目的を達成する。なお、この課題に関しては以下の図４においても説明する。
次に図１の各部の動作を図２のタイミング図及び図３のフローチャートを参照して説明する。
図１に示す送信部２のデータ発生回路６は、例えば図２に示すような送信データを発生する。この送信データは、変調回路７に入力され、図３のステップＳ１に示すようにこの変調回路７は、送信データからマンチェスタ符号化された変調データを生成する。

この変調データの例を図２に示す。マンチェスタ符号化された変調データは、送信データが“０”の場合には、“１０”，“１”の場合には“０１”に変換されたものとなる。なお、この変調データの下側に、各送信データをマンチェスタ符号化した際の１ビット目及び２ビット目を（後述するデータ復調の動作内容をより明確化するため）明示している。
この変調データは、ステップＳ２に示すように静電結合部４を経て受信部３側に送信される。この静電結合部４（の受信電極パッド５ｂ）出力となる変調データを図２に示す。この場合、点線で示す部分のように連続して“１１”となる部分の後半の“１”の信号レベルが低下する。そして、この後の“１”の信号は、マンチェスタ符号の１ビット目にのみ現れるため、この静電結合部４を経て伝送される信号の品質特性を示すアイパターンは、図４に示すようになる。

上述したように静電結合部４においては高周波の信号成分に比較して低周波の信号成分の減衰が大きくなるため、低周波となる変調データ“１１”の場合にはその後側の信号位置となる１ビット目での減衰が大きくなってしまう。
具体的には、図４に示すように１ビット目のアイ開口振幅レベルが低下する。これに対して２ビット目のアイ開口振幅レベルは、１ビット目の場合よりも十分に大きい。そして、受信部３は、以下に説明するように２ビット目のみを検出するように復調の信号処理を行うようにして、エラーレートの少ない復調データを生成する。
この静電結合部４を経て受信部３に入力された変調データは、２値化回路１１により図３のステップＳ３に示すように２値化される。２値化された変調データとしての２値化データを図２に示す。この２値化データも、点線で示す部分の振幅が低下するため、誤認識される可能性がある。

この２値化データは、クロック再生回路１２に入力される。そして、ステップＳ４に示すようにクロック再生の処理が行われ、図２に示すように再生クロックが生成される。図２に示す再生クロックは、２値化データの２つ分を復号化の処理単位となる半周期としたものとなっている。この再生クロックは、送信データで言うと、送信データ１つ分を半周期としたものとなっている。
クロック再生回路１２は、例えばフェーズロックドループ（ＰＬＬ）回路を用いて構成され、２値化データからこれに位相同期した再生クロックを生成することができる。
この再生クロックは、２値化データと共に復調回路１３に入力される。そして、復調回路１３は、ステップＳ５に示すように再生クロックを用いて、２値化データをその２ビット目のみを検出するように、２値化データの２つ分を処理単位として復調、つまりマンチェスタ復号化の処理を行う。

図２に示す再生クロックを用いた場合には、復調回路１３は、その再生クロックの立ち下がりエッジ及び立ち上がりエッジで２値化データの２ビット目を例えばフリップフロップ回路に取り込み、そのフリップフロップ回路から復調された復調データ（図２参照）を出力する。
この場合、再生クロックを遅延素子により僅かに遅延して２ビット目の中央付近の２値化データを取り込む（検出）するようにしても良い。
そして、図３のステップＳ６に示すようにこの復調回路１３から復調データを出力する。図１においては、この復調データは、データ処理回路１４に入力され、データ処理回路１４は、この復調データに対する信号処理を行う。

このような構成及び作用を有する受信部３によれば、マンチェスタ符号に対して２ビット目のみを検出するので、静電結合部４を介して信号受信を行う場合にも、誤認識するエラーレートを十分に低減して復調することができる効果がある。
また、本実施例においては、マンチェスタ符号の２ビット目のみを検出する処理単位、つまりマンチェスタ符号の２つ分を処理単位として復号化を行うため、１ビット目及び２ビット目、つまりマンチェスタ符号の１つ分を処理単位とした周波数で復号化を行うような構成に比較して、受信部３を構成する各部の処理周波数を半分程度で動作させることができ、受信部３の消費電力を低減できる。

特に復調回路１３は、入力される２値化データが、マンチェスタ符号と実質的に同じ符号であるが、復調回路１３は周波数の低い再生クロックに同期してその復調を行うため、その消費電力を低減できる効果がある。
なお、受信部３を構成するクロック再生回路１２等の各回路に用いられる半導体素子、集積回路素子等の電子素子（回路部品）は、グラウンドとの間で容量を持つことが不可避となり、周波数が高くなる程、その容量部分でのロスが大きくなる。このため、本実施例のように動作周波数を下げることにより消費電力を低減することができる。

（実施例２）
図５は本発明の実施例２の備えた信号伝送システム１Ｂの構成を示す。本実施例は、マンチェスタ符号を電力消費を抑制して復調する信号処理装置及び信号処理方法を提供することを目的とする。
この信号伝送システム１Ｂは、図１の信号伝送システム１において、静電結合部４の代わりに光結合部１６が採用されている。
この光結合部１６は、伝送ライン８ａの例えば端部に設けられ、電気信号を光信号に変換する電気光変換器としての光送信器１５ａと、この光送信器１５ａにより変換された光信号を受信（受光）して電気信号に変換する光電気変換器としての光受信器１５ｂとを有する。
光送信器１５ａは変調データに相当する光信号を送信し、この光信号は光受信器１５ｂにより電気信号としての変調データに変換される。

この変調データは、２値化回路１１により、２値化データに整形された後、クロック再生回路１２と、復調回路１３に入力される。
この復調回路１３は、実施例１においても説明したように２値化データの２つ分を信号処理単位として復調処理（復号化処理）を行うものであるが、その構成を以下のように具体的に説明する。
この復調回路１３は、クロック再生回路１２からの再生クロックＣＬＫがクロック入力端に印加されるＤタイプフリップフロップ（ＦＦと略記）２１ａ及びインバータ２２により反転された再生クロックＣＬＫがクロック入力端に印加されるＦＦ２１ｂを有する。 なお、本実施例においては、クロック再生回路１２からＦＦ２１ａ、２１ｂ側に出力される再生クロックＣＬＫは、クロック再生回路１２内に設けた遅延素子１２ａにより、僅かに遅延して出力される。
両ＦＦ２１ａ、２１ｂのデータ入力端Ｄには、２値化データが印加される。

また、復調回路１３は、両ＦＦ２１ａ、２１ｂの出力端Ｑからそれぞれ出力されるデータＤａ，Ｄｂが入力され、再生クロックＣＬＫにより、その半周期で交互に切り替えられるスイッチ２３を有する。
そして、このスイッチ２３から復調データが出力される。
なお、クロック再生回路１２により生成される再生クロックＣＬＫは、上述したように２値化データ（或いは変調データ）２つ分の期間を半周期とするクロックである。
この復調回路１３を構成する回路素子は、再生クロックＣＬＫと実質的に同期した動作となり、従ってこの復調回路１３を構成する回路素子は、再生クロックＣＬＫの周波数、つまり、変調データ２つ分の期間を半周期とした低い周波数で復調処理を行う。
図６は、復調回路１３の動作を示すタイミング図を示す。

２値化回路１１からは、図６の最上部に示す２値化データが生成される。この２値化データは、光結合部１６を用いているので、２ビット目と１ビット目が“１１”と連続する場合にも、信号レベルが低下しない。
つまり、１ビット目及び２ビット目のいずれを検出する場合にも、検出するビットに応じてその２値化の際に誤検出する可能性が高くなるものでない。
この２値化データによりクロック再生回路１２は、図６に示すようにこの２値化データに位相同期した再生クロックを生成する。なお、図６においてもこの再生クロックの下側にビット位置を示す情報を示している。
この再生クロックは、遅延素子１２ａにより、僅かに遅延された図６に示す再生クロックＣＬＫが生成される。

この再生クロックＣＬＫは、復調回路１３を構成するＦＦ２１ａと、インバータ２２により反転されてＦＦ２１ｂに印加される。そして、図６に示すようにＦＦ２１ａは、再生クロックＣＬＫの立ち上がりエッジで２値化データを取り込み、出力端ＱからデータＤａを出力する。
また、図６に示すようにＦＦ２１ｂは、再生クロックＣＬＫの立ち下がりエッジ（ＦＦ２１ｂ自体はＦＦ２１ａと同じようにクロック入力端に印加される信号の立ち上がりエッジで動作）で２値化データを取り込み、出力端ＱからデータＤｂを出力する。
両ＦＦ２１ａ、２１ｂの出力Ｄａ、Ｄｂは、再生クロックＣＬＫの半周期を信号処理周期として入力信号を交互に切り替えるスイッチ２３を経て図６に示す復調データが生成される。
本実施例は、実施例１と実質的に同様に、低い周波数の再生クロックＣＬＫに同期して復調（復号化）の処理を行うので、消費電力を低減できる。

なお、本実施例は、実施例１の場合と同様に２ビット目の２値化データのみを検出する動作例で説明した。本実施例においては、マンチェスタ符号化により、２ビット目と１ビット目が“１１”と連続する場合においても、光結合部１６を介して伝送するため、その場合のアイ開口が低下しない。従って、２ビット目の２値化データを検出する場合に限定されるものでない。
つまり、本実施例においては、１ビット目、２ビット目におけるいずれか一方のみを検出する場合に広く適用することができる。
なお、図５に示した復調回路１３は、実施例１にも適用できる。また、２値化回路１１は必要不可欠の構成要素ではない。
また、上述した実施例の一部を変形して構成される実施例等も本発明に属する。

マンチェスタ符号化されたデジタル信号の信号伝送を行う場合、そのデジタル信号を低消費電力でかつ低エラーレートで復号化する場合に適する。

本発明の実施例１を備えた信号伝送システムの構成を示すブロック図。 信号伝送の動作を示すタイミング図。 マンチェスタ符号に変調し、その変調データを復調する動作内容のフローチャート。 静電結合部を介してマンチェスタ符号化の信号伝送した場合におけるマンチェスタ符号の１ビット目及び２ビット目のアイパターンの１例を示す図。 本発明の実施例２を備えた信号伝送システムの構成を示すブロック図。 実施例２における復調回路の動作を示すタイミング図。 信号をマンチェスタ符号化した場合の説明図。

符号の説明

１…信号伝送システム、２…送信部、３…受信部、４…静電結合部、５ａ…送信電極パッド、５ｂ…受信電極パッド、６…データ発生回路、７…変調回路、１１…２値化回路、１２…クロック再生回路、１３…復調回路、

Claims (5)

1. ２値のデジタル信号の“０”，“１”に対して、いずれか一方に“１０”の２ビットを割り当て、他方に“０１”の２ビットを割り当ててマンチェスタ符号化されたデジタル信号に対する復号化の処理を行う信号処理装置において、
   前記マンチェスタ符号化されたデジタル信号の１ビット目又は２ビット目のいずれか一方のみを検出するように、前記マンチェスタ符号化されたデジタル信号２ビット分の期間を処理単位として復号化の処理を行う復号化手段を具備することを特徴とする信号処理装置。
2. ２値のデジタル信号の“０”，“１”に対して、いずれか一方に“１０”の２ビットを割り当て、他方に“０１”の２ビットを割り当ててマンチェスタ符号化されたデジタル信号に対する復号化の処理を行う信号処理装置において、
   前記マンチェスタ符号化されたデジタル信号を静電結合を利用して抽出する静電結合手段と、
   前記抽出されたデジタル信号の２ビット目のみを検出するように、前記マンチェスタ符号化されたデジタル信号２つ分の期間を処理単位として復号化の処理を行う復号化手段と、
   を具備することを特徴とする信号処理装置。
3. 前記復号化手段は、前記マンチェスタ符号化されたデジタル信号の１ビット目と２ビット目を切り換わりとするクロックの立ち下がりエッジ又は立ち上がりエッジで、前記抽出されたデジタル信号の２ビット目のみを検出することを特徴とする請求項１又は２に記載の信号処理装置。
4. 前記復号化手段は、前記マンチェスタ符号化されたデジタル信号の１ビット目と２ビット目の切り換わりに実質的に同期して動作する回路素子のみを用いて、前記抽出されたデジタル信号に対する復号化の処理を行うことを特徴とする請求項２に記載の信号処理装置。
5. ２値のデジタル信号の“０”，“１”に対して、いずれか一方に“１０”の２ビットを割り当て、他方に“０１”の２ビットを割り当ててマンチェスタ符号化されたデジタル信号における１ビット目又は２ビット目のいずれか一方のみを検出するように、前記マンチェスタ符号化されたデジタル信号の２ビット分の期間を処理単位として復号化の処理を行う復号化ステップを具備することを特徴とする信号処理方法。

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