JP5177788B2 - シリアルデータ通信装置およびこれを用いた測定器 - Google Patents

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Description

本発明は、2値レベル(ハイまたはローレベル)のパラレルデータをシリアルデータに変換してデータ転送を行なって、データ転送後にシリアルデータを元のパラレルデータに再変換して出力するシリアルデータ通信装置およびこのシリアルデータ通信装置を用いた測定器に関し、詳しくは、シリアルデータのデータ転送中に生じる同期ずれを確実に検出するシリアルデータ通信装置およびこれを用いた測定器(波形測定装置、電力計等)に関するものである。
データ通信を行なう場合、パラレルデータのままの送信では信号線の数が多くなりパラレルデータ間の伝送遅延量の差等が生じるので、パラレルデータをシリアルデータに変換して通信を行なうことが多い。特に、波形測定装置や電力計等の測定器の場合、絶縁処理、小型化等もかねて回路間でシリアルデータによる通信が行なわれる。
シリアルデータの通信は、各ビットのデータを取り出すためのタイミング用のクロックが必要である。また、シリアルデータ通信では、パラレルデータをシリアルデータに変換するので、パラレルデータの伝送速度よりも高速な伝送速度が要求される。
しかしながら、データとクロックとを別々の信号線で送信した場合、受信側でデータとクロックとの同期を図ることが困難となる。そのため、シリアルデータの中にクロックを埋め込んでシリアルデータ転送する方式、例えば、8b/10b(10b/8bとも呼ばれる)による符号化を行なって通信を行なう(例えば、特許文献1参照)。
特開2003−318865号公報
8b/10b変換によるシリアル通信では、送信側のパラレル・シリアル変換器(以下、PS変換器)が、8ビットのパラレルデータを10ビットに冗長化し、クロック信号を埋め込んでシリアルデータに変換して出力する。一方、受信側のシリアル・パラレル変換器(以下、SP変換器)が、受信したシリアルデータからクロック信号を再生し、このクロック信号でタイミングを図ってシリアルデータをパラレルデータに変換し、さらに10ビットのパラレルデータから冗長ビットを除去して8ビットのパラレルデータに戻して出力する。
また、近年、パラレルバスのビット幅は、8ビットよりも多くなっており、市販されている8b/10b方式のPS変換器は、(8×k)ビットの入出力端子をもっている。SP変換器もPS変換器に対応して多数の入出力端子を持つ。
このようなPS変換器では、例えば、12ビットのパラレルデータを1個のPS変換器で送信する場合、PS変換器が、12ビット中の上位8ビットを組とし、12ビット中の下位4ビットを組みとし(入出力端子の残り4ビットはグランドに接地して”L”レベルに固定)、組としたデータそれぞれでシリアルデータに変換し、先に上位ビットのシリアルデータ群を送信し、次に下位ビットのシリアルデータ群を送信する。
そして、受信側のSP変換器で、上位ビットのデータ群と下位ビットのデータ群のそれぞれをパラレルデータに戻し、上位ビットと下位ビットとの同期をとって12ビットのパラレルデータとしてパラレルバスに出力する。
従って、パラレルデータを何度も伝送する場合、PS変換器がパラレルデータの上位ビット、下位ビットそれぞれをシリアルデータ群に順番に変換し、すなわち、1番目の上位ビット→1番目の下位ビット→2番目の上位ビット→2番目の下位ビット→3番目の上位ビット…と順番にSP変換器に送信する。
このようにパラレルデータが9ビット以上の場合、受信側のSP変換器では、伝送されてくるシリアルデータ群のうち、どのデータ群がj番目の先頭(つまり、上位ビットのデータ群)であるかを検出する必要がある。
市販されているPS変換器、SP変換器では、製造メーカによって仕様が異なるが、PS変換器が、8b/10b符号化で先頭データに特定のパターンを埋め込んでシリアルデータ群を出力する。そして、SP変換器が、特定のパターンを検出してデータ群の先頭を検出し、j番目の上位ビットと下位ビットとを合わせて出力する。
しかしながら、ノイズ等によってこの特定パターンが変更された場合、下位ビット側を先頭と検出し、転送後のパラレルデータの上位ビットと下位ビットの同期がずれるという問題があった。
ここで、図6を用いて説明する。図6は、従来のシリアルデータ通信装置でのデータ転送を模式的に示した図である。図6において、PS変換器1は、パラレルデータ、クロック信号が入力される。SP変換器2は、PS変換器1からのシリアルデータをパラレルデータに戻して出力する。
図6(a)は、PS変換器1にパラレルデータ入力される状態であり、図6(b)はシリアルデータ転送中の状態であり、図6(c)はSP変換器2の再変換後のパラレルデータを出力している状態の図である。
PS変換器1によってパラレルデータ(図6(a)参照)がシリアルデータに変換され、この変換されたシリアルデータがノイズの影響を受けた場合(図6(b)参照)、同期ずれが生じ、転送後のパラレルデータの組み合わせが、(1番目の下位ビット,2番目の上位ビット)、(2番目の下位ビット、3番目の上位ビット)という組み合わせになってしまい、データとしては全く意味のないものになってしまう(図6(c)参照)。
そこで本発明の目的は、シリアルデータのデータ転送中に生じる同期ずれを確実に検出するシリアルデータ通信装置およびこれを用いた測定器を実現することにある。
請求項1記載の発明は、
mビットの2値レベルのパラレルデータを、n(n>m)ビットのシリアルデータに変換してデータ転送を行なって、データ転送後のシリアルデータをパラレルデータに変換して出力するシリアルデータ通信装置において、
nビットのパラレルデータを、(n−m)の判定用ビットを含む上位ビットの第1の組と下位ビットの第2の組に分け、前記第2の組の最下位ビットデータを前記第1の組の前記判定用ビットデータとして入力し、各組ごとにシリアルデータに変換して出力するパラレルシリアル変換器と、
このパラレルシリアル変換器からの各組ごとのシリアルデータをnビットの前記パラレルデータに戻して出力するシリアルパラレル変換器と、
このシリアルパラレル変換器のパラレルデータのうち、前記第2の組の最下位ビットに対応するデータと前記第1の組の前記判定用ビットに対応するデータが入力され、同期ずれを判定するための判定回路と、
備え、
前記判定回路は、前記第2の組の最下位ビットに対応するデータと前記第1の組の前記判定用ビットに対応するデータとが一致するかを判定することを特徴とするものである。
本発明によれば、以下のような効果がある。
請求項1〜5によれば、転送前のパラレルデータに判定用のデータを含ませ、判定回路が、転送後のパラレルデータのうち判定用のデータを用いるので、パラレルデータの同期ずれが発生しても、同期ずれを確実に検出することができる。
請求項6によれば、同期のとれたパラレルデータで測定を行なうことが可能となり、測定器としてのデータ処理の信頼性・精度等が向上する。
以下図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
[第1の実施例]
図1は、本発明の第1の実施例(測定器)を示した構成図である。
図1において、AD変換器によるデジタルデータ(パラレルデータ)を、後段のデータ処理回路に転送するために、シリアルデータ通信装置を用いた構成例である。
PS変換器1は、クロック信号とパラレルデータが入力される。また、PS変換器1は、データ入力端子(Di(0)〜Di(15))を16ビット分有し、このデータ入力端子に入力される2値レベルのパラレルデータを8ビットづつ組(入力端子(Di(0)〜Di(7))を組、入力端子(Di(8)〜Di(15))を組)にして8b/10b変換し、供給されるクロック信号を埋め込んだシリアルデータを出力する。
SP変換器2は、出力端子Do(0)〜Do(15)を16個有し、PS変換器1からシリアルデータが入力され、このシリアルデータをパラレルデータに変換して出力する。
なお、PS変換器1とSP変換器2間の通信は、無線、有線のどちらでもよく、有線の場合、メタル線による電気信号、光ファイバによる光信号等、どのようなものでもよい。
また、PS変換器1の入力端子Di(0)〜Di(15)とSP変換器2の出力端子Do(0)〜Do(15)とはそれぞれ対応しており、シリアルデータ転送中に同期ずれ等が生じず正常に転送されれば、入力端子Di(0)に入力されたデータは出力端子Do(0)から出力され、入力端子Di(1)に入力されたデータは出力端子Do(1)から出力され、その他の端子間の対応関係も同様であり、端子番号(ビット位置)同士が対応する。
AD変換器3は、被測定信号とクロック信号とが入力され、デジタルデータをクロック信号に基づく周期で繰り返し出力する。また、AD変換器3の分解能は12ビットのパラレルデータDp[0]〜Dp[11]とし、Dp[11]を最上位ビットする。そして、AD変換器3のパラレルデータDp[0]〜Dp[6](下位ビット側)のそれぞれは、PS変換器1の入力端子(Di(0)〜Di(6))に入力され、パラレルデータDp[7]〜Dp[11](上位ビット側)のそれぞれは、PS変換器1の入力端子(Di(8)〜Di(12))に入力される。
データ処理回路4は、SP変換器2からパラレルデータ(AD変換器3からのデータ)が入力され、所定のデータ処理(例えば、複数回分のパラレルデータの平均化)を行なう。
判定用ビット出力回路5は、PS変換器1の入力端子Di(0)〜Di(15)のうち、AD変換器3からのパラレルデータが入力されない端子(図1では、入力端子Di(7)、Di(13)〜Di(15))に、ローレベル(以下、Lレベル)またはハイレベル(以下、Hレベル)の判定用のデータを出力する。
判定回路6は、PS変換器1の判定用データのビット位置に対応するSP変換器2のビット位置のパラレルデータ(図1では、出力端子D(7)、Do(13)〜Do(15))が入力され、データ転送の同期ずれの有無を判定し、判定結果をデータ処理回路4に出力する。つまり、12ビット分解能のAD変換器3のデータ転送に使用しないPS変換器1、SP変換器2の4ビットのうち2ビット分を判定用のビットとして、固定データとして割りあてられる。
このような装置の動作を説明する。
AD変換器3が、被測定信号をデジタル信号に変換し、12ビットのパラレルデータでPS変換器1に出力する。なお、AD変換器3は、クロック信号に基づくサンプリング周波数でサンプリングを行ない、パラレルデータを複数回出力する。
一方、判定用ビット出力回路5が、入力端子Di(15)にLレベルのデータを出力し、入力端子Di(7)にHレベルのデータを出力し、入力端子Di(14),Di(13)にLレベルまたはHレベルのデータを出力する。
そして、PS変換器1が、AD変換器3、出力回路5からのパラレルデータをPS変換器1内のバッファ(図示せず)に格納し、入力端子Di(15)〜Di(8)の8ビットのパラレルデータ(上位ビット側)をバッファから読み出して8b/10b変換して10ビットに冗長化(なお、シリアルデータ群の先頭を示す特定パターンとなるように符号化する)し、クロック信号を埋め込んでシリアルデータ群に変換してSP変換器2に出力する。
そして、入力端子Di(7)〜Di(0)の8ビットのパラレルデータ(下位ビット側)をバッファから読み出して8b/10b変換して10ビットに冗長化し、クロック信号を埋め込んでシリアルデータ群に変換してSP変換器2に出力する。
また、PS変換器1は、AD変換器3からパラレルデータが入力されるごとに、上位ビット、下位ビットそれぞれをシリアルデータへの変換を行なってSP変換器2に出力する。
これによって、PS変換器1が、1番目の上位ビットを含むシリアルデータ群→1番目の下位ビットを含むシリアルデータ群→2番目の上位ビットを含むシリアルデータ群→2番目の下位ビットを含むシリアルデータ群→3番目の上位ビットを含むシリアルデータ群…と、AD変換器3からのパラレルデータを順番にSP変換器2に送信する。
そして、SP変換器2が、PS変換器1からのシリアルデータ群をSP変換器2内のバッファ(図示せず)に格納し、受信したシリアルデータからクロック信号を再生し、このクロック信号でタイミングを図ってシリアルデータをパラレルデータに変換し、さらに10ビットのパラレルデータから冗長ビットを除去して8ビットのパラレルデータに戻す。
さらに、SP変換器2が、先頭データ(上位ビット側)となるシリアルデータ群を識別し、先頭データと識別したシリアルデータ群を上位ビット側として出力端子Do(8)〜Do(15)から出力し、これの次に入力されたシリアルデータ群それぞれを下位ビット側として出力端子Do(0)〜Do(7)から出力する。もちろん、上位ビット側と下位ビット側とで同期を図り、パラレルデータを端子Do(0)〜Do(15)から出力する。
そして、データ処理回路4が、パラレルデータのデータ処理(例えば、平均化処理)を行なう。
一方、判定回路6が、SP変換器2からのパラレルデータのうち判定用のデータに対応するビット位置のデータ(出力端子Do(15)、Do(7))の信号レベルを確認し、出力端子Do(15)の信号レベルがLレベルであり、出力端子Do(7)の信号レベルがHレベルであれば、転送が正常に行なわれたと判定する。一方、出力端子Do(15)の信号レベルがHレベルであり、出力端子Do(7)の信号レベルがLレベルであれば、データ転送が失敗したと判定し、データ処理回路4に判定結果を出力し、転送に失敗したパラレルデータの処理を中断させる。また、必要に応じて、PS変換器1に、転送に失敗したパラレルデータの再送を要求する
ここで図2を用いて具体的に説明する。図2は、図1に示す装置におけるパラレルデータのデータ転送前後の状態を示した図であり、図2(a)はPS変換器1の各入力端子Di(0)〜Di(15)へのパラレルデータ、図2(b)は転送失敗時のSP変換器2の各出力端子Do(0)〜Do(15)のパラレルデータ、図2(c)は転送成功時のSP変換器2の各出力端子Do(0)〜Do(15)のパラレルデータを示している。
図2(a)に示すように。上位ビット側と組になる入力端子Di(15)には、常にLレベルのデータが入力され、下位ビット側と組になる入力端子Di(7)には、常にHレベルのデータが入力される。
従って、図2(c)に示すように、転送に成功した場合、出力端子Do(15)からのデータはLレベル、出力端子Do(7)からのデータはHレベルとなる。一方、転送に失敗した場合、図2(b)に示すように、出力端子Do(15)とDo(7)からのデータの信号レベルが反転することになるので、判定回路6が、所定の出力端子Do(15)、Do(7)の信号レベルを判定することで同期ずれの有無を検出する。
このように、判定用ビット出力回路5が、AD変換器3のデータ転送に使用しないビットに固定データを割り当てる。具体的には、判定用ビット出力回路5が、AD変換器3の上位ビット側と組になるPS変換器1の入力端子Di(15)にLレベルのデータを出力し、AD変換器3の下位ビット側と組になるPS変換器1の入力端子Di(7)にHレベルのデータを出力する。そして、判定回路6が、入力端子Di(15)に対応するSP変換器2の出力端子Do(15)と、入力端子Di(7)に対応するSP変換器2の出力端子Do(7)との信号レベルを判定する。これにより、転送中にノイズによって上位ビット側のデータと下位ビット側のデータとで同期ずれが発生しても、出力端子Do(7)、Do(15)の信号レベルによって同期ずれを確実に検出することができる。
また、データ処理回路4にて、同期のとれたパラレルデータのみを処理することが可能となり、測定器としてのデータ処理の信頼性・精度等も向上する。
[第2の実施例]
図3は、本発明の第2の実施例を示した構成図である。ここで、図1と同一のものには同一符号を付し、説明を省略する。図3において、判定用ビット出力回路5が取り外される。
AD変換器3からのデータDp[0]〜Dp[7](下位ビット側)のそれぞれは、PS変換器1の入力端子Di(0)〜Di(7)に入力され、データDp[8]〜Dp[11](上位ビット側)のそれぞれは、PS変換器1の入力端子Di(8)、Di(10)〜Di(12)に入力される。
また、PS変換器1の入力端子Di(9)は、入力端子Di(0)と同一のデータ(AD変換器3の最下位ビットのデータ)が入力される。そして、入力端子Di(13)〜Di(15)には、LレベルまたはHレベルのデータが入力される。
データ処理回路4は、SP変換器2の出力端子Do(0)〜Do(8)、Do(10)〜Do(12)からのデータが入力される。
判定回路6は、SP変換器2の出力端子Do(0)、Do(9)からのデータ(AD変換器3の最下位ビットに対応するデータ)が入力される。
このような装置の動作を説明する。
ここで図4を用いて具体的に説明する。図4は、図3に示す装置におけるパラレルデータのデータ転送前後の状態を示した図であり、図4(a)はPS変換器1の各入力端子Di(0)〜Di(15)へのパラレルデータ、図4(b)は転送失敗時のSP変換器2の各出力端子Do(0)〜Do(15)のパラレルデータを示している。
AD変換器3からのデータのうち最下位ビットのデータは、ノイズ等によって常に変動するが、図4(a)に示すように。入力端子Di(0)、Di(9)には、同一のデータ(AD変換器3からの最下位ビットのデータ)が入力される。
そして、判定回路6が、入力端子入力端子Di(0)、Di(9)に対応するSP変換器2の出力端子Do(0)、Do(9)からのデータが一致するか否かを判定する。
すなわち、転送に成功した場合、出力端子Do(0)、Do(9)からのデータは一致し、転送に失敗した場合、図4(b)に示すように、出力端子Do(0)、Do(9)からのデータは一致せず、判定回路6が、所定の出力端子Do(0)、Do(9)の信号レベルを判定することで同期ずれの有無を検出する。その他の動作は、図1に示す装置と同様なので説明を省略する・
このように、判定回路6が、最下位ビットに対応するデータが出力されるSP変換器2の出力端子Do(0)、Do(9)の信号レベルを用いて判定する(データが一致するか否か)ので、転送中にノイズによって上位ビット側のデータと下位ビット側のデータとで同期ずれが発生しても、同期ずれを確実に検出することができる。
なお、本発明はこれに限定されるものではなく、以下に示すようなものでもよい。
(1)図1、図3に示す装置において、AD変換器3の上位ビット側、下位ビット側となるビットの組み合わせはどのようなものとしてもよい。
(2)図1、図3に示す装置において、パラレルシリアル変換1、シリアルパラレル変換2の一例として8b/10b変換を用いる方式を示したが、変換方式はどのようなものでもよい。
(3)図1、図3に示す装置において、AD変換器3が12ビットのパラレルデータを出力する構成を示したが、何ビットのパラレルデータを出力するものであってもよく、SP変換器1、PS変換器2は、16ビットのパラレルデータを8ビットづつ組にしてシリアルデータに変換する構成を示したが、入出力端子は何ビットでもよく、組にするビット数もいくつでもよい。ただし、AD変換器3がmビットのパラレルデータを出力する場合、PS変換器1、PS変換器2の入力端子、出力端子のビット数nは、n>mである。
(4)図1に示す装置において、AD変換器3のデータ転送に使用しない4ビットのうち2ビットを固定データに割り当てる構成を示したが、4ビットのうち3ビットまたは4ビット全部を判定用の固定データに割り当ててもよい。
(5)図1に示す装置において、判定用ビット出力回路5が、判定用のビット(PS変換器1の入力端子Di(7),Di(15))の信号レベルを一定とする構成を示したが、AD変換器3のデータ出力に同期(つまり、クロック信号に同期)させて、信号レベルを変化させ、判定回路6が、出力端子Do(7),Do(15)からデータの信号レベルのパターンで同期ずれを検出してもよい。
ここで、図5を用いて具体的に説明する。図5は、図1に示す装置におけるパラレルデータのデータ転送前の状態を示した図であり、図5(a)はPS変換器1の各入力端子Di(0)〜Di(15)へのパラレルデータ、図b(b)は判定用データのパターンを示した図である。
図5では、一例として、AD変換器3からのデータDp[0]〜Dp[7](下位ビット側)のそれぞれは、PS変換器1の入力端子Di(0)〜Di(7)に入力され、データDp[8]〜Dp[11](上位ビット側)のそれぞれは、PS変換器1の入力端子Di(8)、Di(11)〜Di(12)に入力される。また、出力回路5は、判定用のデータを入力端子Di(9)、Di(10)に出力する。
このような装置では、判定回路6が、入力端子Di(9)、Di(10)に対応するSP変換器2の出力端子Do(9)、Do(10)のデータのパターンを確認し、基準のパターン(図5(b)参照)と一致するか否かを判定する。この基準用のパターンは、あらかじめ出力回路5、判定回路6に設定しておく。
すなわち、転送に成功した場合、出力端子Do(9)、Do(10)からのデータのパターンは、図5(b)に示すような出力回路5のパターンと一致するので、判定回路6が、ビットのパターンを判定することで同期ずれの有無を検出する。その他の動作は、図1に示す装置と同様なので説明を省略する・
また、図5において、2ビット用いてパターンの判別を行なったが、もちろん、1ビット、3ビットまたは4ビット用いてパターンの判別を行なってもよい。
本発明の第1の実施例を示した構成図である。 図1に示す装置のパラレルデータの状態を示した図である。 本発明の第2の実施例を示した構成図である。 図3に示す装置のパラレルデータの状態を示した図である。 図1に示す装置のパラレルデータのその他の状態を示した図である。 転送前後のパラレルデータ、転送中のシリアルデータの状態を示した図である。
符号の説明
1 パラレル・シリアル変換器
2 シリアル・パラレル変換器
5 判定用ビット出力回路
6 判定回路

Claims (1)

  1. mビットの2値レベルのパラレルデータを、n(n>m)ビットのシリアルデータに変換してデータ転送を行なって、データ転送後のシリアルデータをパラレルデータに変換して出力するシリアルデータ通信装置において、
    nビットのパラレルデータを、(n−m)の判定用ビットを含む上位ビットの第1の組と下位ビットの第2の組に分け、前記第2の組の最下位ビットデータを前記第1の組の前記判定用ビットデータとして入力し、各組ごとにシリアルデータに変換して出力するパラレルシリアル変換器と、
    このパラレルシリアル変換器からの各組ごとのシリアルデータをnビットの前記パラレルデータに戻して出力するシリアルパラレル変換器と、
    このシリアルパラレル変換器のパラレルデータのうち、前記第2の組の最下位ビットに対応するデータと前記第1の組の前記判定用ビットに対応するデータが入力され、同期ずれを判定するための判定回路と、
    備え、
    前記判定回路は、前記第2の組の最下位ビットに対応するデータと前記第1の組の前記判定用ビットに対応するデータとが一致するかを判定することを特徴とするシリアルデータ通信装置。
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