JP2013038606A - 通信システム、送信回路、受信回路及び画像形成装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のパルス信号を多重し、かつ、パルス幅の変動を抑える通信システムを提供する。
【解決手段】複数のパルス信号について、各サンプリング・タイミングにおける各パルス信号の振幅を示す値を含む多重信号を生成して送信する送信回路１０と、多重信号を受信して複数のパルス信号を出力する受信回路２０と、を備えている通信システムであって、送信回路１０は、各パルス信号について、サンプリングにより生じるエッジ位置の誤差量を検出するカウンタ１０３と、検出した誤差量を示す値を多重信号に含めるＰＳ変換部１０４と、を備えており、受信回路２０は、多重信号を分離して各パルス信号の振幅を示す値及び各パルス信号の前記誤差量を示す値を出力するＳＰ変換部２０１と、各パルス信号について、ＳＰ変換部２０１が出力するパルス信号の振幅を示す値から得られるエッジ位置を、当該パルス信号の誤差量で補正する補正部と、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の制御用信号をシリアル伝送する通信システムと、当該通信システムに含まれる送信回路及び受信回路と、当該通信システムを含む画像形成装置に関する。

例えば、画像形成装置における用紙搬送のためには、位置制御特性の優れたパルス・モータが複数用いられる。パルス・モータの速度はパルス幅で指定されるが、近年ではその制御が複雑になり、パルス信号発生部の回路規模も大きくなってきている。

そのため、特許文献１は、図９に示す様に、パルス信号発生部を、各パルス・モータの駆動部に対応させてそれぞれ設けるのではなく、装置を集中管理する制御部に設けることで回路規模を抑える構成を開示している。さらに、特許文献１は、パルス信号を各駆動部に伝送するための通信線を削減するために、複数のパルス信号を送信側においてパラレル−シリアル（ＰＳ）変換して時分割多重化することを開示している。この場合、図９に示す様に、受信側においてはシリアル−パラレル（ＳＰ）変換により各駆動部へのパルス信号を取り出すことになる。

特開２０００−３２４８９６号公報

しかしながら、各パルス信号を、サンプリングして時分割多重する場合、受信側において復元するパルス信号のパルス幅が送信側におけるパルス幅と異なることになり得る。この様子を、図１０を用いて説明する。図１０において、送信パルス信号はハイ・レベル及びロー・レベルがそれぞれ５単位時間だけ継続するパルス信号であり、この送信パルス信号を、３単位時間のサンプリング間隔でサンプリングしてＰＳ変換するものとする。なお、図１０の実線の矢印がサンプリング・タイミングを示している。受信側においては、サンプリングされた値により受信パルス信号を復元するため、図１０に示す様に、受信パルス信号のパルス幅は、送信パルス信号のパルス幅とは異なることになる。

パルス幅が制御パラメータを示す信号においてパルス幅が変化することは、制御誤差が生じることを意味する。例えば、上述したパルス・モータ制御の場合、パルス幅の変動は、用紙搬送速度の誤差となり、モータ特性によっては脱調が生じ得る。パルス幅の変動を抑えるため、サンプリング周期を速くすることも考えられるが、多重信号が高速となるため通信線をシールドしたり、差動伝送したりする等のノイズ対策が必要となり、大幅なコストアップ要因になる。

本発明は、多重信号の速度を高くすることなく、複数のパルス信号を多重し、かつ、パルス幅の変動を抑える通信システムと、当該通信システムに含まれる送信回路及び受信回路と、当該通信システムを有する画像形成装置を提供するものである。

本発明の通信システムは、複数のパルス信号について、各サンプリング・タイミングにおける各パルス信号の振幅を示す値を含む多重信号を生成して送信する送信手段と、多重信号を受信して複数のパルス信号を出力する受信手段と、を備えている通信システムであって、送信手段は、各パルス信号について、サンプリングにより生じるエッジ位置の誤差量を検出する検出手段と、検出した誤差量を示す値を多重信号に含める多重化手段と、を備えており、受信手段は、多重信号を分離して各パルス信号の振幅を示す値及び各パルス信号の誤差量を示す値を出力する分離手段と、各パルス信号について、分離手段が出力するパルス信号の振幅を示す値から得られるエッジ位置を、パルス信号の誤差量で補正する補正手段と、を備えている。

本発明の送信回路は、複数のパルス信号について、各サンプリング・タイミングにおける各パルス信号の振幅を示す値を含む多重信号を生成して送信する送信回路であって、各パルス信号について、サンプリングにより生じるエッジ位置の誤差量を検出する検出手段と、検出した誤差量を示す値を多重信号に含める多重化手段と、を備えていることを特徴とする。

本発明の受信回路は、各サンプリング・タイミングにおける各パルス信号の振幅を示す値と、各パルス信号について、サンプリングにより生じるエッジ位置の誤差量を示す値を含む多重信号を受信して各パルス信号を復元する受信回路であって、多重信号を分離して各パルス信号の振幅を示す値及び各パルス信号の誤差量を出力する分離手段と、各パルス信号について、分離手段が出力するパルス信号の振幅を示す値から得られるエッジ位置を、該パルス信号の誤差量で補正する補正手段と、を備えていることを特徴とする。

本発明の画像形成装置は、上記通信システムを含み、受信手段が出力する複数のパルス信号それぞれにより、記録材を搬送するための複数のパルス・モータを制御することを特徴とする。

サンプリングにより生じるエッジ位置の誤差量を検出して受信手段に通知することで、多重信号の速度を高くすることなく、受信手段において、送信手段が生成したパルス幅からの変動を抑えたパルス信号を復元することができる。

一実施形態における送信回路の構成図。 一実施形態における受信回路の構成図。 一実施形態における多重信号の構成図。 一実施形態におけるタイミングチャート。 シフトレジスタのビットの値を示す図。 一実施形態における送信回路での処理のフローチャート。 一実施形態における受信回路での処理のフローチャート。 一実施形態における通信システムの構成図。 パルス信号を多重伝送する構成図。 多重伝送によるパルス幅の変動の説明図。

図８は、本実施形態によるシリアル通信システムの構成図である。なお、画像形成装置における画像形成のための各処理は、本発明の説明には必要ではないため、その説明は省略する。図８において、各パルス・モータ４０は、対応するローラ５０を回転させて搬送路６０上において記録材の搬送を行う。制御部１０の送信回路１０は、各パルス・モータ４０の速度制御を行うパルス信号を生成し、生成したパルス信号のサンプリング値を多重化した多重信号と、多重信号の速度に対応するクロック信号を駆動制御部２００に送信する。駆動制御部２００の受信回路２０は、送信回路１０から受信する多重信号及びクロック信号に基づき各モータ４０を制御するためのパルス信号を復元して対応する駆動部３０に出力する。各駆動部３０は、受信回路２０から受信するパルス信号に基づき対応するパルス・モータ４０を駆動する。

図１は、送信回路１０の構成図である。なお、図１は、複数（Ｋ個）の独立したパルス信号を生成して伝送する場合の構成である。また、図１のクロック信号は総て同期している。つまり、同じ速度のクロック信号である。パルス信号生成（ＰＧ）部１０１は、それぞれ、対応するパルス・モータ４０を制御するためのパルス信号を生成する。エッジ検出部１０２は、クロック信号のタイミングにおいてパルス信号の振幅の変化、つまり、パルス信号のエッジを検出してカウンタ１０３に通知する。なお、クロック信号のタイミングとは、クロック信号の立ち上がりや立下り等、クロック信号から特定できる任意のタイミングである。カウンタ１０３は、エッジ検出部１０２がエッジを検出すると、パラレル−シリアル（ＰＳ）変換部１０４からサンプリング・タイミングの通知を受けるまで、クロック信号のカウントを行う。つまり、パルス信号のエッジ位置を検出してから、その次に来るサンプリング・タイミングを検出するまでの遅延をクロック信号によりカウントする。カウンタ１０３は、カウント値を誤差量としてＰＳ変換部１０４に出力する。この様に、エッジ検出部１０２及びカウンタ１０３は、サンプリングにより生じるエッジ位置の誤差量を検出するエッジ誤差量検出部として機能する。

ＰＳ変換部１０４は、サンプリング・タイミングにおいて、各パルス信号の振幅を示す値と、各パルス信号についての誤差量とを収集し、これら値を多重化して多重信号を生成する多重化部である。ＰＳ変換部１０４は、生成した多重信号を、クロック信号と共に受信回路２０に送信する。図３に多重信号の構成を示す。１フレームは、スタート・ビットで始まり、ストップ・ビットで終了する。なお、各フレームは、サンプリング間隔毎に送信される。ここで、コマンド・フィールドには、多重化されている信号の数を示す値が設定される。図３（ａ）は、コマンド・フィールドがＫ個のパルス信号の多重化を示している場合のフレーム構成であり、図３（ｂ）は、２個のパルス信号の多重化を示している場合のフレーム構成である。コマンド・フィールドに多重化されている信号の数を含めることで、送信する誤差量の値を実際に使用しているパルス信号の数に削減し、不要なデータの送信を回避している。また、パターン・フィールドは、各パルス信号の値が、ハイでるかローであるかを示しており、誤差量フィールドは、各パルス信号に対してカウンタ１０３がカウントした誤差量が設定される。さらに、誤り検出フィールドには、誤り検出のための例えばパリティ・ビットが設定される。なお、本実施形態においては、カウンタ１０３は、新たなエッジ検出によりカウントを開始し、その後、サンプリング・タイミングによりカウントを終了するまで、前回のカウントの値を誤差量としてＰＳ変換部に出力するものとする。

図２は、受信回路２０の構成図である。シリアル−パラレル（ＳＰ）変換部２０１は、図３に示す各フレームを受信すると、パターン・フィールドの値を対応するＮビットのシフトレジスタ２０２の最下位ビット（ＬＳＢ）に出力する。また、ＳＰ変換部２０１は、受信したフレームに含まれる各誤差量を対応するセレクタ２０３に出力する。つまり、ＳＰ変換部２０１は、多重信号に含まれる各パルス信号の振幅を示す値及び各パルス信号の誤差量を分離して出力する分離部として機能する。なお、ＳＰ変換部２０１は、受信するクロック信号を、各シフトレジスタ２０２に出力する。

シフトレジスタ２０２は、各レジスタの値をＳＰ変換部２０１からのクロック信号により最上位ビット（ＭＳＢ）方向に、クロック信号に従いシフトする。なお、以下の説明においては、図２に示す様に、シフトレジスタ２０２のＬＳＢを０番目とし、ＭＳＢをＮ−１番目とする。シフトレジスタ２０２の各ビットは、後段のＮ入力１出力のセレクタ２０３に入力される。セレクタ２０３は、ＳＰ変換部２０１からの誤差量に基づき、シフトレジスタ２０２から入力されるＮビットのうち１ビットを選択して出力することでパルス信号を復元する。具体的には、誤差量をＤとすると、シフトレジスタ２０２は、Ｎ−１−Ｄ番目のビットを選択して出力することで、送信側と同じパルス幅の信号を出力する。

以下、図４及び図５を用いて具体的に説明する。なお、図４においては、クロック信号のパルス間隔を１単位時間として、パルス信号生成部１０１が４１単位時間のハイ・レベルの後に２６単位時間のロー・レベルが継続するパルス信号を生成して送信するものとする。なお、サンプリング間隔は１５単位時間であり、そのタイミングは、図４の実線の矢印で示す通りとする。なお、パルス信号がロー・レベルからハイ・レベルに変化した時間を基準時刻（ｔ＝０）とする。

この場合、カウンタ１０３は、時刻ｔ＝７において誤差量として７単位時間をＰＳ変換部１０４に通知し、ＰＳ変換部１０４は、この誤差量と、パルス信号がハイ・レベルであることを示す信号を多重信号として受信回路２０に送信する。ｔ＝２２及び３７のサンプリング・タイミングにおいては値に変化がなく、ＰＳ変換部１０４は、誤差量として７単位時間と、パルス信号がハイ・レベルであることを示す信号を多重信号として受信回路２０に送信する。ｔ＝５２のサンプリング・タイミングにおいて、カウンタ１０３は、誤差量として１１単位時間をＰＳ変換部１０４に通知し、ＰＳ変換部１０４は、この誤差量と、パルス信号がロー・レベルであることを示す信号を多重信号として受信回路２０に送信する。ｔ＝６７のサンプリング・タイミングにおいて、カウンタ１０３は、誤差量として０単位時間をＰＳ変換部１０４に通知し、ＰＳ変換部１０４は、この誤差量と、パルス信号がハイ・レベルであることを示す信号を多重信号として受信回路２０に送信する。

図５は、図４に示す多重信号を受信した受信回路２０のシフトレジスタ２０２のビット内容を示している。なお、図５において、シフトレジスタ２０２のビット数Ｎ＝１６としている。時刻ｔ＝7においてパルス信号がハイ・レベルであることを示す信号を受信したため、ビット番号０の値がハイ・レベルを示す“１”であり、その他の値は総てロー・レベルを示す“０”である。ＳＰ変換部２０１は多重信号にて通知される値に変更がない限り同じ値を出力するため、ｔ＝１４ではビット番号０から７の値が総て“１”となり、ｔ＝１５ではビット番号０から８の値が総て“１”となる。さらに、ｔ＝５２においては、ロー・レベルであることを示す信号を受信するため、ビット番号０の値が“０”であり、その他の値は総て“１”となる。その後、ｔ＝５５ではビット番号０から３の値が総て“０”となり、ｔ＝５６ではビット番号０から４値が総て“０”となる。その後、ｔ＝６７において、ハイ・レベルであることを示す信号を受信するため、ビット番号０の値が“１”であり、その他の値は総て“０”となり、ｔ＝８２において総ての値が“１”となる。

受信回路２０のセレクタ２０３は、ｔ＝７において誤差量Ｄ＝７となったため、（Ｎ−１−Ｄ）＝８番目のビットの値を選択して読み出すことになる。この状態は、ｔ＝５１まで継続し、ｔ＝５２において、誤差量Ｄ＝１１に変更されたことに伴い、（Ｎ−１−Ｄ）＝４番目のビットの値を選択して読み出すことになる。さらに、この状態は、ｔ＝６６まで継続し、ｔ＝６７において、誤差量Ｄ＝０に変更されたことに伴い、（Ｎ−１−Ｄ）＝１５番目のビットの値を選択して読み出すことになる。

図５の太線は読みだされるビットを示しており、セレクタ２０３は、ｔ＝１５においてロー・レベルからハイ・レベルに変化し、ｔ＝５６にロー・レベルに変化し、ｔ＝８２にハイ・レベルに変化するパルス信号を出力することが分かる。この信号波形を図４に示す。図４から明らかな様に、セレクタ２０３が出力するパルス信号のパルス幅はパルス信号生成部１０１が生成するものと同じであり、サンプリングにより生じる変動が補償されているのが分かる。つまり、シフトレジスタ２０２とセレクタ２０３とにより、サンプリングによりパルス信号に生じるエッジ位置の変動を誤差量に基づき補正する補正部を形成している。なお、図１の構成において、エッジ検出部１０２は、パルス信号のエッジの変化をクロック信号のタイミングで検出するため、エッジの変化からクロック信号のタイミングまでの期間に相当する誤差量の検出誤差が生じる。同様に、カウンタ１０３においては、サンプリング・タイミングとクロックのタイミングの検出誤差が生じる。しかしながら、その値は小さく制御に影響を与えることはない。

図６は送信回路１０における処理を示すフローチャートである。エッジ検出部１０２が、Ｓ１においてエッジを検出すると、カウンタ１０３は、Ｓ２においてカウント値をクリアして、Ｓ３において、クロック信号のカウントを開始する。カウンタ１０３は、Ｓ４においてサンプリング・タイミングである否かを判定し、サンプリング・タイミングでなければ、サンプリング・タイミングまでカウントを継続する。サンプリング・タイミングであれば、カウンタ１０３は、Ｓ５においてカウントを停止し、Ｓ６において、カウント値をＰＳ変換部１０４に出力する。

続いて、Ｓ７においてＰＳ変換部１０４は、パルス信号生成部１０１が生成するパルス信号がハイ・レベルであるかロー・レベルであるかを判定し、判定したレベルを示す値と、Ｓ６において通知された誤差量とを含む多重信号を生成して送信する。一方、Ｓ１においてエッジを検出しない場合、Ｓ８において、ＰＳ変換部１０４は、サンプリング・タイミングである否かを判定し、サンプリング・タイミングであれば、Ｓ７において多重信号の送信を行う。なお、この時の誤差量は、前に送信した誤差量と同じとする。一方、サンプリング・タイミングでない場合、処理はＳ１に戻る。

図７は受信回路２０における処理を示すフローチャートである。ＳＰ変換部２０１は、Ｓ１１において、多重信号を受信した場合、Ｓ１２において多重信号に含まれるハイ又はローを示す値を対応するシフトレジスタ２０２に出力し、誤差量を対応するセレクタ２０３に出力する。セレクタ２０３は、Ｓ１３において誤差量が変化したか否かを判定し、変化した場合には、Ｓ１４において、シフトレジスタ２０２からの信号のうち、選択して出力するビットの番号を誤差量に対応するものに変更する。なお、誤差量が変化しない場合には、現在選択しているビットの番号を維持する。

以上、各パルス信号について、サンプリングにより生じるエッジ位置の誤差量を検出し、検出した誤差量を受信回路に通知することで、受信回路において、サンプリングによる生じるパルス幅の変動を補償することができる。なお、誤差量は、各パルス信号のエッジ位置から、その後にくるサンプリング・タイミングまでの遅延量を測定することで簡易に求めることができる。また、受信回路における補正も、シフトジスタとセレクタで簡易に構成することができる。

Claims (8)

1. 複数のパルス信号について、各サンプリング・タイミングにおける各パルス信号の振幅を示す値を含む多重信号を生成して送信する送信手段と、
   前記多重信号を受信して前記複数のパルス信号を出力する受信手段と、
   を備えている通信システムであって、
   前記送信手段は、
   各パルス信号について、サンプリングにより生じるエッジ位置の誤差量を検出する検出手段と、
   該検出した誤差量を示す値を前記多重信号に含める多重化手段と、
   を備えており、
   前記受信手段は、
   前記多重信号を分離して各パルス信号の振幅を示す値及び各パルス信号の前記誤差量を示す値を出力する分離手段と、
   各パルス信号について、前記分離手段が出力するパルス信号の振幅を示す値から得られるエッジ位置を、該パルス信号の前記誤差量で補正する補正手段と、
   を備えていることを特徴とする通信システム。
2. パルス信号の前記誤差量は、該パルス信号のエッジ位置の検出から、該エッジ位置の後にくるサンプリング・タイミングの検出までの遅延量であることを特徴とする請求項１に記載の通信システム。
3. 前記検出手段は、前記誤差量をクロック信号でカウントし、
   前記送信手段は、前記クロック信号を前記受信手段に送信し、
   前記補正手段は、前記多重信号に含まれるパルス信号の振幅を示す値が入力され、前記クロック信号でシフトさせるシフトレジスタと、前記シフトレジスタの複数のレジスタから前記誤差量により特定される１つのレジスタの値を出力するセレクタとを備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の通信システム。
4. 複数のパルス信号について、各サンプリング・タイミングにおける各パルス信号の振幅を示す値を含む多重信号を生成して送信する送信回路であって、
   各パルス信号について、サンプリングにより生じるエッジ位置の誤差量を検出する検出手段と、
   該検出した誤差量を示す値を前記多重信号に含める多重化手段と、
   を備えていることを特徴とする送信回路。
5. パルス信号の前記誤差量は、該パルス信号のエッジ位置の検出から、該エッジ位置の後にくるサンプリング・タイミングの検出までの遅延量であることを特徴とする請求項４に記載の送信回路。
6. 各サンプリング・タイミングにおける各パルス信号の振幅を示す値と、各パルス信号について、サンプリングにより生じるエッジ位置の誤差量を示す値を含む多重信号を受信して各パルス信号を復元する受信回路であって、
   前記多重信号を分離して各パルス信号の振幅を示す値及び各パルス信号の前記誤差量を示す値を出力する分離手段と、
   各パルス信号について、前記分離手段が出力するパルス信号の振幅を示す値から得られるエッジ位置を、該パルス信号の前記誤差量で補正する補正手段と、
   を備えていることを特徴とする受信回路。
7. 前記誤差量はクロック信号でカウントされており、
   前記補正手段は、前記多重信号に含まれるパルス信号の振幅を示す値が入力され、前記クロック信号でシフトさせるシフトレジスタと、前記シフトレジスタの複数のレジスタから前記誤差量により特定される１つのレジスタの値を出力するセレクタとを備えていることを特徴とする請求項６に記載の受信回路。
8. 請求項１から３のいずれか１項に記載の通信システムを含む画像形成装置であって、
   前記受信手段が出力する複数のパルス信号それぞれにより、記録材を搬送するための複数のパルス・モータを制御することを特徴とする画像形成装置。

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