JP4543981B2 - 時間差調整回路及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、時間差調整回路及び方法に関し、更に詳しくは、複数チャンネルによる信号伝送に際して、信号伝送の遅延時間差を調整する時間差調整回路及び方法に関する。

コンピュータ間の通信では、伝送速度の飛躍的な向上が顕著である。このような通信速度の高速化のため、複数チャンネルの信号を送受信する場合に、設計ばらつきや製造ばらつき、或いは、温度などの使用環境の違いにより発生する信号間の時間差が問題となっている。

従来は、高速伝送のコンピュータ間の通信では、信号伝送時間のばらつきを低減するために、設計精度や製造基準をより厳しくしており、コストを高める要因となっている。コンピュータ間の通信において、遅延時間差を自動調整する方法として、受信側のコンピュータで、複数チャンネルの信号間の遅延時間差を検出して調整する方法が知られている。しかし、この従来の調整方法では、受信側のコンピュータで検出した信号時間差を、送信側のコンピュータに向けてフィードバックし、送信側のコンピュータの遅延回路における遅延時間を調整する必要があり、処理が複雑であった。

特許文献１には、フィードバック信号を用いないでコンピュータ間の信号伝送の遅延時間差を調整する手法を記載している。この技術では、各伝送線路を経由して可変遅延回路で遅延させた信号を送信側から送信し、その信号が反射して戻る反射波をそれぞれ検出し、送信側での信号送信時刻と信号検出時刻との間の時間差に基づいて、各伝送線路を経由して送信される信号の遅延時間を演算し、可変遅延回路の遅延時間を調整する手法を用いている。
特開平１１−２２５１７３号公報（図１，段落０００９，００２５）

特許文献１の技術によると、複数の伝送線路に信号遅延時間を、各伝送線路毎に設けた回路内で基準（期待値）の遅延時間と比較する手法を採用している。このため、基準の遅延時間を各伝送線路毎にＬＳＩ内に作り込むか、或いは、外部から入力する等の処理が必要になる。また、この基準の遅延時間には回路毎にばらつきが発生する。従って、高速伝送の伝送線路において、実際に有効な遅延時間の計測が可能か否かについての疑問が発生する。

本発明は、上記に鑑み、ＬＳＩ内に基準時間を作り込むことも、或いは、外部から入力する処理も要しなく、且つ、フィードバック信号を使用することなく、複数のチャンネル間の信号時間差を調整できる時間差調整回路及び方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の第１の視点に係る時間差調整回路は、複数の伝送線路を介して複数の信号を送受信する送信回路及び受信回路を備える信号伝送システムのための時間差調整回路において、
前記送信回路から前記伝送線路を介して送信された信号が前記受信回路で反射して送信回路に戻る反射波を、２つの伝送線路のそれぞれで検出する信号検出回路と、
前記信号検出回路の出力に基づいて、前記２つの伝送線路間での前記反射波の位相差を検出する位相差検出回路と、
前記位相差検出回路で検出された位相差に基づいて、前記２つの伝送線路の少なくとも一方を経由して送信される信号を遅延させる遅延時間を調整する遅延調整回路とを備えることを特徴とする。

また、本発明の第２の視点に係る時間差調整回路は、複数の伝送線路を介して複数の信号を送受信する送信回路及び受信回路を備える信号伝送システムのための時間差調整回路において、
前記伝送線路を経由して前記送信回路から送信される送信信号と、前記送信回路から前記伝送線路を介して送信された信号が前記受信回路で反射して送信回路に戻る反射波とを、２つの伝送線路のそれぞれで検出する信号検出回路と、
前記信号検出回路の出力に基づいて、前記２つの伝送線路間で、前記送信信号及び反射波の各位相差を検出する位相差検出回路と、
前記位相差検出回路で検出された各位相差に基づいて、前記２つの伝送線路の少なくとも一方を経由して送信される信号を遅延させる遅延時間を調整する遅延調整回路とを備えることを特徴とする。

更に、本発明の第３の視点に係る時間差調整方法は、複数の伝送線路を介して複数の信号を送受信する送信回路及び受信回路を備える信号伝送システムのための時間差調整方法において、
前記伝送線路を経由して前記送信回路から送信された信号が前記受信回路で反射して送信回路に戻る反射波を、２つの伝送線路で検出するステップと、
前記２つの伝送線路間で、前記検出された反射波の位相差を検出するステップと、
前記検出された位相差に基づいて、前記２つの伝送線路の少なくとも一方を経由して送信される信号を遅延させる遅延時間を調整するステップとを備えることを特徴とする。

更に本発明の第４の視点に係る時間差調整方法は、複数の伝送線路を介して複数の信号を送受信する送信回路及び受信回路を備える信号伝送システムのための時間差調整方法において、
前記送信回路から送信される送信信号と、前記送信回路から前記伝送線路を介して送信された信号が前記受信回路で反射して送信回路に戻る反射波とを、２つの伝送線路で検出するステップと、
前記２つの伝送線路間で、前記送信信号及び反射波の各位相差を検出するステップと、
前記検出された各位相差に基づいて、前記２つの伝送線路の少なくとも一方を経由して送信される信号を遅延させる遅延時間を調整するステップとを備えることを特徴とする。

本発明の第１及び第３の視点に係る発明では、送信回路から送信される送信信号が受信回路で反射する反射波を用い、２つの伝送線路間で反射波の位相差を検出し、伝送線路で発生する信号の時間差を演算し、それに基づいて送信回路での遅延時間を調整するので、フィードバック信号を使用することなく、また、基準の遅延時間を入力することなく、複数チャンネルの信号間の時間差を低減することができる。

また、本発明の第２及び第４の視点に係る発明では、更に送信信号の位相差も検出するので、受信回路から送信される信号間の位相差も補償されるので、複数チャンネルの信号間の時間差の更なる低減が可能である。

以下、図面を参照し本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る時間差調整回路を備えるコンピュータシステムを示している。コンピュータシステムは、送信側のコンピュータと、受信側のコンピュータと、複数チャンネルを構成する複数の伝送線路とを備える。なお、簡単化のために、送信側のコンピュータは送信回路１０のみを、受信側のコンピュータは受信回路２０のみを示しているが、双方のコンピュータは何れも、受信回路１０及び送信回路２０の双方を備えている。また、多数の伝送線路の内、３本の伝送線路３１ａ、３１ｂ、３１ｃについての回路構成のみを図示した。

送信回路１０は、各伝送線路３１ａ、３１ｂ、３１ｃに対応して配設される、可変に設定される遅延を送信信号に対して与える遅延調整回路１２ａ、１２ｂ、１２ｃ．．．と、遅延調整回路１２ａ、１２ｂ、１２ｃ．．．の出力側に入力が接続された送信バッファ(出力バッファ）１１ａ、１１ｂ、１１Ｃ．．．と、出力バッファ１１ａ、１１ｂ、１１Ｃ．．．の出力に接続される伝送線路３１ａ、３１ｂ、３１ｃの振幅を、基準となる参照電位と比較するレベル検出回路１３ａ、１３ｂ、１３ｃ．．．と、レベル検出回路１３ａ、１３ｂ、１３ｃ．．．の出力の立ち上がり位相と隣接するレベル検出回路の１３ｂ、１３ｃ、．．．の出力の立ち上がり位相とを比較する位相差検出回路１４ａ、１４ｂ、１４ｃとを備える。受信回路２０は、各伝送線路３１ａ、３１ｂ、３１ｃに対応して配設される、入力バッファ２１ａ、２１ｂ、２１ｃと、受端終端回路２２ａ、２２ｂ、２２ｃとを備える。

位相差検出回路１４ａ、１４ｂ、１４ｃの出力は、隣接する遅延調整回路１２ｂ、１２ｃ、．．．の遅延時間制御信号として入力される。各レベル検出回路１３ａ、１３ｂ、１３ｃには、第１の参照電位Ｖｒ１とこれよりも高い第２の参照電位Ｖｒ２とが順次に入力され、レベル検出回路１３ａ、１３ｂ、１３ｃ．．．は、その比較結果を対応する位相差検出回路１４ａ、１４ｂ、１４ｃ．．．の入力に順次に与える。

以下、動作を説明する。 この動作の説明では、時間差調整の対象として、第１の伝送線路３１ａ及び第２の伝送線路３１ｂを、隣接する２本の伝送線路として例示する。第１の伝送線路３１ａに付属するレベル検出回路１３ａは、第一段階として、検出対象信号Ｓａの送信時の信号電位と参照電位Ｖｒ１とを比較し、その比較結果を位相差検出回路１４ａの一方の入力に与える。レベル検出回路１３ａは、次に第二段階として、検出対象信号Ｓａが、伝送線路３１ａを経由し受信側コンピュータの受信回路２０の入力バッファ２１ａで反射した反射波が戻って現れる信号電位と参照電位Ｖｒ２とを比較する。この比較結果は、同様に位相差検出回路１４ａの一方の入力に入力される。

第２の伝送線路３１ｂに付属するレベル検出回路１３ｂも同様に、第一段階として、検出対象信号Ｓｂの送信時の信号電位と参照電位Ｖｒ１とを比較し、その比較結果を位相差検出回路１３ａの一方の入力に与える。レベル検出回路１３ａは、第二段階として、信号Ｓｂが伝送線路３１ｂを経由し入力バッファ２１ｂで反射した反射波による信号電位と参照電位Ｖｒ２とを比較する。位相差検出回路１４ａは、レベル検出回路１３ａの第一段階出力とレベル検出回路１３ｂの第一段階出力との位相差を検出し、レベル検出回路１３ａの第二段階出力とレベル検出回路１３ｂの第二段階出力との位相差を検出する。位相差検出回路１４ａは、それらの検出結果から受信回路２０における入力バッファ２１ａと入力バッファ２１ｂとの到達時の遅延時間差を算出する。遅延調整回路１２ｂは、位相差検出回路１４ａの算出結果をもとに、伝送線路３１ｂに向けて送信するデータ信号の遅延時間を調整する。以上の動作を、全ての隣接する２つの伝送線路の信号間で、動作させる。

図２を参照すると、図１に示す位相差検出回路１３ａの詳細な構成が示されている。他の位相差検出回路１３ｂ、１３ｃ．．．も同様な構成を有する。同図において、位相検出器１４１はレベル検出回路１３ａの第一段階出力とレベル検出回路１３ｂの第一段階出力との位相差（Ｔ１＝Ｔ１ａ−Ｔ１ｂ）を検出する。位相検出器１４２は、レベル検出回路１３ａの第二段階出力とレベル検出回路１３ｂの第二段階出力との位相差（Ｔ２＝Ｔ２ａ−Ｔ２ｂ）を検出する。演算器１４３は、位相検出器１４１の結果と位相検出器１４２の結果とから、所定の演算を行い、演算の結果として得られた遅延時間調整量（Ｔｄ＝Ｔ１＋（Ｔ２−Ｔ１）／２）を遅延調整回路１２ｂに出力する。

上記のように、演算器１４３は、位相検出器１４１の結果と位相検出器１４２の結果から、伝送線路３１ａと伝送線路３１ｂに送信した信号が受信回路に到着した時点での両者の遅延時間差を算出し、それを遅延時間調整量として図１の遅延調整回路１２ｂに供給している。遅延調整回路１２ｂは、供給された遅延時間調整量（Ｔｄ＝Ｔ１＋（Ｔ２−Ｔ１）／２）だけ伝送線路３１ｂに送信する信号の遅延時間を調整する。

図３は、レベル検出回路１３ａ、１３ｂ、１３ｃ．．．におけるレベル検出に際して発生する入力振幅の変化の様子を示している。同図において、送信回路１０から伝送線路３１ａに送信された信号が、受信回路２０の入力バッファ２１ａに到着した時刻は、送信時の信号変化時刻Ｔ１ａと反射波による信号変化時刻Ｔ２ａとの間の１／２の時間に相当する時刻である（ＴＩＮａ）。同様に、送信回路１０から伝送線路３１ｂに送信された信号が、受信回路２０の入力バッファ２１ｂに到着した時刻は、送信時の変化時刻Ｔ１ｂと反射波による信号変化時刻Ｔ２ｂとの間の１／２の時間に相当する時刻である（ＴＩＮｂ）。従って、伝送線路を経由して受信回路に到着する双方の信号の位相差Ｔｄは、ＴＩＮａ−ＴＩＮｂであり、図３により、Ｔｄ＝Ｔ１＋（Ｔ２−Ｔ１）／２となる。この遅延時間を与えることにより、信号Ｓａと信号Ｓｂとは、同時刻に受信回路２０の入力バッファに入力されるので、複数の信号間の到達時間差が実質的に零の信号が得られる。

図１のレベル検出回路や遅延調整回路、図２の位相検出器や演算器は、当業者にとってよく知られており、その詳細な構成は省略する。

具体的な例として、ＬＳＩの小振幅信号における最大振幅を１Ｖとすると、Ｖｒ１＝０．７５Ｖ、Ｖｒ２＝０．２５Ｖ程度が用いられる。一般化的には、Ｖｒ１＝最大振幅×３／４、Ｖｒ２＝最大振幅×１／４程度が良好である。なお、レベル検出回路の検出精度（±数十ｍＶ）を考慮すると、Ｖｒ１とＶｒ２の電圧差Ｖｒ２−Ｖｒ１としては、１００ｍＶ以上あることが望ましい。

上記実施形態の時間差調整回路における調整は以下のように行う。まず送信側のコンピュータは、図１において、伝送線路３１ａと伝送線路３１ｂとに同時に立ち上がる信号を送信する。伝送線路３１ａに送信した信号はレベル検出回路１３ａにも供給される（検出信号Ｓａ）。第一段階として、信号Ｓａの送信時の信号電位が参照電位Ｖｒ１を超える時刻（Ｔ１ａ）に、位相差検出回路１４ａに信号を供給する。伝送線路３１ｂに送信した信号も同様にレベル検出回路１３ｂにも供給され（検出信号Ｓｂ）、第一段階として信号Ｓｂの送信時の信号電位が参照電位Ｖｒ１を超える時間（Ｔ１ｂ）に、位相差検出回路１４ａに信号を供給する。

伝送線路３１ａと伝送線路３１ｂとを経由して送信された立ち上がり信号は、受信側コンピュータの受信回路２０の入力バッファ２１ａ、２１ｂの入力端子で反射し、伝送線路３１ａ、３１ｂを往復した時間後に送信回路１０に戻る。ただし、伝送方式として送端終端方式（直列終端方式）でなければ、受信回路側で反射波が発生しない。伝送方式が受端終端方式（並列終端方式）の場合には、一般に用いられているＬＳＩの制御信号により調整時間中のみ入力バッファの受端終端回路２２ａ、２２ｂを切断し意図的に反射を発生させる。伝送線路３１ａにおける反射波は、レベル検出回路１３ａに供給され（検出信号Ｓａ）、第二段階として信号Ｓａの反射波による信号電位が参照電位Ｖｒ２を超える時刻（Ｔ２ａ）に位相差検出回路１４ａに信号を供給する。伝送線路３１ｂにおける反射波は、同様にレベル検出回路１３ｂに供給され（検出信号Ｓｂ）、第二段階として、信号Ｓｂの反射波による信号電位が参照電位Ｖｒ２を超える時刻（Ｔ２ｂ）に、位相差検出回路１４ａに信号を供給する。上記動作は、全ての伝送線路について順次に行う。

上記実施形態の時間差調整装置は、以下に記載するような効果を奏する。
第一の効果は、反射波を用い、送信回路において受信回路での到達時の遅延時間差を算出し遅延時間を調整することにより、複数チャンネルの信号間の遅延時間差をフィードバック信号を使用することなく自動的に低減することができる。

第二の効果は、反射波だけでなく、送信時の複数チャンネル間の遅延時間差も検出および演算に使用することにより、送信回路の設計ばらつきや製造ばらつき、温度などの使用環境により発生する遅延時間差についても低減することができる。

第３の効果は、基準の遅延時間を使用しないので、そのような基準時間をＬＳＩに作り込み、或いは、外部から入力する必要がないこと、伝送線路毎の基準時間のばらつきによる誤差を考慮する必要がないことである。

本発明の他の実施形態として、その基本構成は上記の通りとし、まず送信時の遅延時間差のみを複数チャンネルの信号間で調整し送信時の遅延時間差を低減したあとで、反射波の位相差のみを複数チャンネルの信号間で調整し、伝送線路による遅延時間差を低減することも可能である。本実施形態では、演算式が簡単になるため演算器を簡素化することが可能である。

上記実施形態では、複数チャンネルの信号間の遅延時間差を調整するにあたり、伝送線路３１ａに送信する信号の遅延時間が、遅延調整が可能な時間範囲の限界付近にばらつき、他の信号の遅延時間を合わせきれない場合が考えられる。この場合には、他の実施形態として、時間差が合わせきれないケースが発生した場合にアラームを発生し、基準時間となる伝送線路３１ａに送信する信号の遅延時間を、遅延調整が可能な時間範囲の中央付近に設定し、再度遅延時間調整を実行し直す。

また、レベル検出回路の一方の参照電位の採用に代えて、微分回路を採用することも考えられる。この場合には、第２段階の反射波の検出に微分回路を採用することが好ましく、第１段階で信号電圧がＶｒ１に達した後に、微分回路を作動させる。微分回路を採用する場合には、伝送線路に与える影響を勘案する必要がある。

本発明の時間差調整回路は、コンピュータ間の通信に限らず、ＬＳＩの遅延時間や、伝送線路を構成するプリント基板、ケーブルの遅延時間の差を補償する際にも好適に使用できる。また、信号の遅延時間差の許容範囲が小さく、その調整に多くの手間や時間を要する場合や、製品の歩留まりに影響する場合などにも、好適に使用可能である。

以上、本発明をその好適な実施態様に基づいて説明したが、本発明の時間差調整回路は、上記実施態様の構成にのみ限定されるものではなく、上記実施態様の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。また、本発明の好適な態様として記載した各構成や実施形態で記載した各構成については、本発明の必須の構成と共に用いることが好ましいが、単独であっても有益な効果を奏する構成については、必ずしも本発明の必須の構成として説明した全ての構成と共に用いる必要はない。

本発明は、通信線を介して複数のコンピュータ間でパラレル通信を行うコンピュータに利用可能である。

本発明の一実施形態に係る時間差調整回路のブロック図。 図１の位相差検出回路のブロック図。 図１のレベル検出回路におけるタイムチャート。

符号の説明

１０：送信回路
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ：出力バッファ
１２ａ、１２ｂ、１２ｃ：遅延調整回路
１３ａ、１３ｂ、１３ｃ：レベル検出回路
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ：位相差検出回路
２０：受信回路
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ：入力バッファ
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ：受端終端回路
３１ａ、３１ｂ、３１ｃ：伝送線路
１４１、１４２：位相検出器
１４３：演算器

Claims (6)

1. 複数の伝送線路を介して複数の信号を送受信する送信回路及び受信回路を備える信号伝送システムのための時間差調整回路において、
   前記送信回路から前記伝送線路を介して送信された信号が前記受信回路で反射して送信回路に戻る反射波を、２つの伝送線路のそれぞれで検出する信号検出回路と、
   前記信号検出回路の出力に基づいて、前記２つの伝送線路間での前記反射波の位相差を検出する位相差検出回路と、
   前記位相差検出回路で検出された位相差に基づいて、前記２つの伝送線路の少なくとも一方を経由して送信される信号を遅延させる遅延時間を調整する遅延調整回路とを備えることを特徴とする時間差調整回路。
2. 前記信号検出回路は、前記２つの伝送線路を経由して前記送信回路から送信される送信信号を更に検出し、前記位相差検出回路は、該信号検出回路による送信信号の検出結果に基づいて、前記送信信号間の位相差を検出し、前記時間差調整回路は、前記送信信号間の位相差に更に基づいて前記遅延調整回路の遅延時間を調整する、請求項１に記載の時間差調整回路。
3. 複数の伝送線路を介して複数の信号を送受信する送信回路及び受信回路を備える信号伝送システムのための時間差調整回路において、
   前記伝送線路を経由して前記送信回路から送信される送信信号と、前記送信回路から前記伝送線路を介して送信された信号が前記受信回路で反射して送信回路に戻る反射波とを、２つの伝送線路のそれぞれで検出する信号検出回路と、
   前記信号検出回路の出力に基づいて、前記２つの伝送線路間で、前記送信信号及び反射波の各位相差を検出する位相差検出回路と、
   前記位相差検出回路で検出された各位相差に基づいて、前記２つの伝送線路の少なくとも一方を経由して送信される信号を遅延させる遅延時間を調整する遅延調整回路とを備えることを特徴とする時間差調整回路。
4. 複数の伝送線路を介して複数の信号を送受信する送信回路及び受信回路を備える信号伝送システムのための時間差調整方法において、
   前記伝送線路を経由して前記送信回路から送信された信号が前記受信回路で反射して送信回路に戻る反射波を、２つの伝送線路で検出するステップと、
   前記２つの伝送線路間で、前記検出された反射波の位相差を検出するステップと、
   前記検出された位相差に基づいて、前記２つの伝送線路の少なくとも一方を経由して送信される信号を遅延させる遅延時間を調整するステップとを備えることを特徴とする時間差調整方法。
5. 前記２つの伝送線路を経由して前記送信回路から送信される送信信号を更に検出するステップと、該送信信号の検出結果に基づいて前記２つの伝送線路間で送信信号の位相差を検出するステップとを更に備え、前記遅延時間調整ステップでは、前記送信信号間の位相差に更に基づいて前記遅延調整回路の遅延時間を調整する、請求項４に記載の時間差調整方法。
6. 複数の伝送線路を介して複数の信号を送受信する送信回路及び受信回路を備える信号伝送システムのための時間差調整方法において、
   前記送信回路から送信される送信信号と、前記送信回路から前記伝送線路を介して送信された信号が前記受信回路で反射して送信回路に戻る反射波とを、２つの伝送線路で検出するステップと、
   前記２つの伝送線路間で、前記送信信号及び反射波の各位相差を検出するステップと、
   前記検出された各位相差に基づいて、前記２つの伝送線路の少なくとも一方を経由して送信される信号を遅延させる遅延時間を調整するステップとを備えることを特徴とする時間差調整方法。

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