JP2008160500A - Data transferring device and data transferring method - Google Patents

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Katsuya Nakajima
勝也 中島
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a data transferring device and data transferring method capable of suppressing a decrease in a data transferring speed without using redundant data and suppressing an expansion of a mounting area as much as possible. <P>SOLUTION: The data transferring device 1 for performing data transfer between two semiconductor elements 2 and 3 is provided with a data transmitting part 10 having: a random number generator 11 for sequentially generating and outputting binary natural random numbers Sig2; a scrambler 12 for sequentially receiving data for transmission and scrambling the data for transmission by the natural random numbers Sig2; first transmitters 14-1 to n for sequentially transmitting scrambled data signals Sig3-1 to n to first transmission lines 17-1 to n; and a second transmitter 16 for sequentially transmitting the natural random numbers Sig2 outputted from the random number generator 11 to a second transmission line 18. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、データ転送の技術に関し、特に異なる2以上の半導体素子間でのデータ転送に関する技術である。   The present invention relates to a data transfer technique, and more particularly to a data transfer technique between two or more different semiconductor elements.

従来より、ICチップなどの半導体素子同士を通信接続するためにデータ転送技術が用いられている。データ転送として大きく2つに分けて考えることができる。一つはシリアル転送であり、もう一つは、パラレル転送である。   Conventionally, data transfer technology has been used for communication connection between semiconductor elements such as IC chips. Data transfer can be roughly divided into two. One is serial transfer and the other is parallel transfer.

一般的に、シリアル転送の特徴は、長距離伝送で用いられ、伝送路の数が少なく、データレートが高いという点であり、一方、パラレル転送の特徴は、短距離伝送で用いられ、伝送路の数が多く、データレートが低いという点である。   In general, the feature of serial transfer is that it is used in long-distance transmission, and the number of transmission lines is small and the data rate is high. On the other hand, the feature of parallel transfer is used in short-distance transmission, and transmission lines The number of data is large and the data rate is low.

昨今、これまでのパラレル転送の技術に行き詰まりが生じ、より高いデータレートでの転送を実現するために、シリアル転送で開発された技術を、これまでパラレル転送技術がカバーしていた距離のところまで使用されるようになった。例えば、PCI−SIG(Special Interest Group)によって策定されたPCI Expressなどがある。   In recent years, the parallel transfer technology has become deadlocked, and in order to realize transfer at a higher data rate, the technology developed in serial transfer has been extended to the distance that parallel transfer technology has covered so far. Came to be used. For example, there is PCI Express formulated by PCI-SIG (Special Interest Group).

ところで、データ線やクロック線などの伝送路は一般に、導体の表皮効果や誘電体損失によって、高周波成分が減衰してしまうという問題がある。例えば、データ転送速度が5Gbpsを超えるようなデータレートの領域では、近距離と言っても、高周波成分の減衰は無視できず、シンボル間干渉によって、データの「0」と「1」を明確に区別することが難しくなってくる。そこで、近距離でのデータ転送であっても、伝送路の適応等化器を使用し、減衰した高周波成分を回復して、データ転送を確実に行えるようにする技術が一般化しつつある。(例えば、VLSI sympo 2006,C-9.5 Power/Performance/Channel Length Tradeoffs in 1.6 to 9.6Gbps I/O Links in 90nm CMOS for Server, Desktop, and Mobile Applications)   By the way, a transmission line such as a data line or a clock line generally has a problem that a high frequency component is attenuated due to a skin effect of a conductor or a dielectric loss. For example, in a data rate region where the data transfer rate exceeds 5 Gbps, the attenuation of high frequency components cannot be ignored even if it is a short distance, and the data “0” and “1” are clearly defined by intersymbol interference. It becomes difficult to distinguish. Therefore, even in the case of data transfer at a short distance, a technique for recovering the attenuated high-frequency component by using an adaptive equalizer for a transmission path and ensuring data transfer is becoming common. (For example, VLSI sympo 2006, C-9.5 Power / Performance / Channel Length Tradeoffs in 1.6 to 9.6Gbps I / O Links in 90nm CMOS for Server, Desktop, and Mobile Applications)

この適応等化器は内部にパラメータを有しており、温度などの変化に応じて、常にパラメータを最適になるようにすることが望ましい。このパラメータの自動調整が正常に動作するには、ある程度ランダムに「0」,「1」が入力される必要があり、長時間「0」が連続するような場合には、パラメータを調整することはできない。   This adaptive equalizer has parameters inside, and it is desirable to always optimize the parameters according to changes in temperature and the like. In order for this automatic adjustment of parameters to work properly, it is necessary to input “0” and “1” randomly to some extent. If “0” continues for a long time, adjust the parameters. I can't.

そこで、パラメータを適切に調整する方法として、(1)冗長データで符号化を行う方法(例えば、8B10B符号化など)、(2)時々、本来のデータ転送を停止して、伝送路のパラメータを再調整する期間を設ける方法(たとえば、特許文献1参照)、(3)Nビットの転送を行うのに、N+1本のデータ線を確保して、その中の1本のデータ線を順番に選んでパラメータ調整を行い、残りのN本のデータ線でデータ転送を行うという方法(たとえば、特許文献2参照)などが知られている。
米国特許第7076377号明細書 米国特許第7072355号明細書
Therefore, as a method of appropriately adjusting the parameters, (1) a method of encoding with redundant data (for example, 8B10B encoding, etc.), (2) sometimes the original data transfer is stopped, and the parameters of the transmission path are changed. A method for providing a readjustment period (for example, refer to Patent Document 1), (3) To perform N-bit transfer, N + 1 data lines are secured and one of the data lines is sequentially selected. There is known a method (for example, see Patent Document 2) in which parameter adjustment is performed and data transfer is performed using the remaining N data lines.
US Pat. No. 7,076,377 US Pat. No. 7,072,355

しかしながら、冗長データで符号化を行う方法では、例えば、8ビットの実データを転送するのに、10ビットのデータを転送しなければならず、転送されるデータの約20%は使えないことになり、転送効率が低下してしまう。   However, in the method of encoding with redundant data, for example, to transfer 8-bit actual data, 10-bit data must be transferred, and about 20% of the transferred data cannot be used. As a result, the transfer efficiency decreases.

また、特許文献1に記載の方法では、長時間連続してデータ転送を行うときには、強制的にデータ転送を中断して、パラメータの再調整を行う必要があり、結果的にデータ転送速度が低下してしまう。   In the method described in Patent Document 1, when data is transferred continuously for a long time, it is necessary to forcibly interrupt the data transfer and readjust the parameters, resulting in a decrease in the data transfer speed. Resulting in.

また、特許文献2に記載の方法では、余分なデータ線を確保する必要がある上に、NビットをN+1本に分配し、更に元に戻す回路を付加する必要があり、実装面積が大きくなってしまう。   In addition, in the method described in Patent Document 2, it is necessary to secure an extra data line, and it is necessary to add a circuit that distributes N bits to N + 1 and further restores the original, which increases the mounting area. End up.

そこで、本発明は、冗長データを用いずにデータ転送の速度の低下を抑え、かつ実装面積の拡大を可及的に抑制することができるデータ転送装置及びデータ転送方法を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a data transfer apparatus and a data transfer method capable of suppressing a decrease in data transfer speed without using redundant data and suppressing an increase in mounting area as much as possible. To do.

上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、2以上の半導体素子間でデータ転送を行うためのデータ転送装置において、データ送信部とデータ受信部とを有し、前記データ送信部は、2値の自然乱数を順次発生して出力する乱数発生器と、送信用データを順次入力し、この送信用データを前記自然乱数により順次論理演算することによって前記送信用データをスクランブルして出力するスクランブル器と、前記論理演算された送信用データを1以上の第1伝送線へ順次送信する第1送信器と、前記乱数発生器から出力される自然乱数を第2伝送線へ順次送信する第2送信器とを備え、前記データ受信部は、前記第1伝送線を介して前記論理演算された送信用データを受信する第1受信器と、前記第2伝送線を介して前記自然乱数を受信する第2受信器と、前記第1受信器で受信した前記論理演算された送信用データを前記第2受信器で受信した自然乱数で論理演算することにより前記送信用データを復元するデスクランブル器とを備えたことを特徴とする。   To achieve the above object, according to a first aspect of the present invention, in a data transfer apparatus for transferring data between two or more semiconductor elements, the data transfer device includes a data transmission unit and a data reception unit, and the data transmission The unit sequentially generates and outputs binary natural random numbers and the transmission data, and sequentially scrambles the transmission data by logically calculating the transmission data using the natural random numbers. A scrambler that outputs the data, a first transmitter that sequentially transmits the logically calculated transmission data to one or more first transmission lines, and a natural random number output from the random number generator to the second transmission line sequentially. A second transmitter for transmitting, and the data receiving unit receives the logically-transmitted transmission data through the first transmission line, and the second transmission line through the second transmission line. Natural random number And a descramble for restoring the transmission data by performing a logical operation on the logically calculated transmission data received by the first receiver using a natural random number received by the second receiver. And a vessel.

また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記データ送信部は、前記第1送信器及び前記第2送信器の送信タイミングを規定する基準クロックを生成するクロック源と、前記基準クロックを前記自然乱数で順次符号化する符号化器と、を備え、前記第2送信器は、前記自然乱数の前記第2伝送線への送信を、前記符号化器によって符号化された基準クロックを前記第2伝送線へ送信することによって行い、前記データ受信部は、前記第2伝送線を介して受信した信号から前記基準クロックを抽出するクロック抽出器を備え、前記第1受信器は、前記クロック抽出器によって抽出した基準クロックに基づいて前記論理演算された送信用データを受信することを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the data transmission unit generates a reference clock that defines transmission timings of the first transmitter and the second transmitter. And an encoder that sequentially encodes the reference clock with the natural random number, and the second transmitter encodes transmission of the natural random number to the second transmission line by the encoder. The data reception unit includes a clock extractor that extracts the reference clock from a signal received through the second transmission line, and transmits the reference clock to the second transmission line. The receiver receives the data for transmission subjected to the logical operation based on the reference clock extracted by the clock extractor.

また、請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記データ送信部は、前記第1送信器及び前記第2送信器の送信タイミングを規定する基準クロックを生成するクロック源と、前記基準クロックを第3伝送線へ順次送信する第3送信器を備え、前記データ受信部は、前記第3伝送線を介して前記基準クロックを受信する第3受信器と、を備え、前記第1受信器は、前記第3受信器によって受信した基準クロックに基づいて前記論理演算された送信用データを受信することを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the data transmission unit generates a reference clock that defines transmission timings of the first transmitter and the second transmitter. And a third transmitter that sequentially transmits the reference clock to a third transmission line, and the data receiving unit includes a third receiver that receives the reference clock via the third transmission line, The first receiver receives the transmission data that is logically calculated based on a reference clock received by the third receiver.

また、請求項4に記載の発明は、請求項1〜3のいずれか1項に記載の発明において、前記乱数発生器は、前記データ送信部を有する半導体素子の内部において発生する雑音に基づいて、前記自然乱数の列を生成することを特徴とする。   The invention according to claim 4 is the invention according to any one of claims 1 to 3, wherein the random number generator is based on noise generated inside a semiconductor element having the data transmission unit. The natural random number sequence is generated.

また、請求項5に記載の発明は、請求項1〜3のいずれか1項に記載の発明において、前記乱数発生器は、段数が互いに素であり、かつ互いに段数が異なる複数のリングオシレータと、前記複数のリングオシレータの出力信号の排他的論理和を演算する排他的論理和器とを備え、前記排他的論理和器の出力を前記自然乱数としたことを特徴とする。   The invention according to claim 5 is the invention according to any one of claims 1 to 3, wherein the random number generator includes a plurality of ring oscillators having different prime numbers and different number of stages. And an exclusive OR circuit for calculating an exclusive OR of the output signals of the plurality of ring oscillators, and the output of the exclusive OR circuit is the natural random number.

また、請求項6に記載の発明は、請求項1〜5のいずれか1項に記載の発明において、前記第1伝送線は、その中途部において容量素子が直列に接続されたことを特徴とする。   The invention described in claim 6 is characterized in that, in the invention described in any one of claims 1 to 5, the first transmission line has a capacitive element connected in series in the middle thereof. To do.

また、請求項7に記載の発明は、請求項1〜6のいずれか1項に記載の発明において、前記第1受信器は、前記論理演算された送信用データを受信して取り込むタイミングを動的に調整するタイミング調整器を有し、前記タイミング調整器は、前記論理演算された送信用データの立ち上り又は立ち下がりタイミングに基づいて、前記論理演算された送信用データを取り込むタイミングを調整することを特徴とする。   Further, in the invention according to claim 7, in the invention according to any one of claims 1 to 6, the first receiver controls the timing of receiving and fetching the logically calculated transmission data. A timing adjuster that adjusts automatically, and the timing adjuster adjusts the timing for fetching the logically calculated transmission data based on the rising or falling timing of the logically calculated transmission data. It is characterized by.

また、請求項8に記載の発明は、請求項1〜7のいずれか1項に記載の発明において、前記第1受信器は、前記第1伝送線での信号劣化を所定のパラメータに基づいて回復する適応等化器を有しており、前記適応等化器は、前記論理演算された送信用データの状態遷移に基づいて、前記所定のパラメータを動的に調整することを特徴とする。   The invention according to claim 8 is the invention according to any one of claims 1 to 7, wherein the first receiver determines signal degradation in the first transmission line based on a predetermined parameter. An adaptive equalizer to be recovered is provided, wherein the adaptive equalizer dynamically adjusts the predetermined parameter based on a state transition of the logically calculated transmission data.

また、請求項9に記載の発明は、請求項1〜8のいずれか1項に記載の発明において、前記乱数発生器は、前記論理演算された送信用データが前記第1送信器からmビット分送信される毎に、一つの自然乱数を生成し、前記スクランブル器は、前記乱数発生器から順次出力される最新のmビット分の自然乱数の列を蓄積する乱数記憶部を有し、前記送信用データをmビット単位で前記乱数記憶部に記憶したmビット分の自然乱数の列に基づいて論理演算してスクランブルすることを特徴とする。   The invention according to claim 9 is the invention according to any one of claims 1 to 8, wherein the random number generator is configured such that the logically calculated transmission data is m bits from the first transmitter. Each time it is transmitted, one natural random number is generated, and the scrambler has a random number storage unit for storing a sequence of the latest m bits of natural random numbers sequentially output from the random number generator, The transmission data is scrambled by performing a logical operation based on a sequence of m-bit natural random numbers stored in the random-number storage unit in units of m bits.

また、請求項10に記載の発明は、2以上の半導体素子間でデータ転送を行うためのデータ転送方法において、2値の自然乱数を順次発生して出力するステップと、送信用データを順次入力し、この送信用データを前記自然乱数により順次論理演算することによって前記送信用データをスクランブルして出力するステップと、前記論理演算された送信用データを1以上の第1伝送線へ順次送信するステップと、前記自然乱数を第2伝送線へ順次送信するステップと、前記第1伝送線を介して前記論理演算された送信用データを受信するステップと、前記第2伝送線を介して前記自然乱数を受信するステップと、前記受信した前記論理演算された送信用データを前記受信した自然乱数で論理演算することにより前記送信用データを復元するステップとを有することを特徴とする。   According to a tenth aspect of the present invention, in the data transfer method for transferring data between two or more semiconductor elements, a step of sequentially generating and outputting binary natural random numbers and a step of sequentially inputting transmission data A step of sequentially performing a logical operation on the transmission data using the natural random number to scramble and output the transmission data, and sequentially transmitting the logically operated transmission data to one or more first transmission lines. A step of sequentially transmitting the natural random number to the second transmission line, a step of receiving the logically-transmitted data through the first transmission line, and the natural transmission line through the second transmission line. Receiving a random number; and restoring the transmission data by performing a logical operation on the received transmission data subjected to the logical operation with the received natural random number. And having a flop.

本発明によれば、送信用データに対して乱数を用いてスクランブルをかけるので、伝送線であるデータ線に送信されるデータにおいて「0」と「1」の出力バランスをとることができる。しかも、スクランブルに用いる乱数は、規則性や前後の相関性、周期性などを有する擬似乱数ではなく、乱数の確率値及び出現率に差異が生じない真性乱数に近い自然乱数を用いる。その結果、送信用データがどのような値であっても、スクランブル後のデータは、自然乱数の列が持つ特徴(「0」と「1」とが同じ頻度で発生する特徴)を持つことができる。従って、例えば、受信器に適応等化器を設けたとき、冗長コードを用いることなく、この適応等化器において内部パラメータの自動調整を正常に動作させることができる。また、データ送信部とデータ受信部との電源電圧が異なる場合であっても、冗長コードを用いることなく中途部を容量結合した伝送路を用いることができる。また、スクランブルに用いた自然乱数をデータ受信部からデータ受信部へ送信するようにしているので、データ受信部ではデータ送信部から受信した自然乱数を用いて送信用データを復元することができる。   According to the present invention, since the transmission data is scrambled using random numbers, the output balance of “0” and “1” can be achieved in the data transmitted to the data line as the transmission line. In addition, the random number used for scrambling is not a pseudo-random number having regularity, front-to-back correlation, periodicity, or the like, but a natural random number close to a true random number that does not cause a difference in random value probability and appearance rate. As a result, regardless of the value of the transmission data, the scrambled data may have a characteristic of a natural random number sequence (a characteristic that “0” and “1” occur at the same frequency). it can. Therefore, for example, when an adaptive equalizer is provided in the receiver, automatic adjustment of internal parameters can be normally operated in this adaptive equalizer without using a redundant code. Further, even when the power supply voltages of the data transmission unit and the data reception unit are different, it is possible to use a transmission line in which the middle part is capacitively coupled without using a redundant code. In addition, since the natural random number used for scrambling is transmitted from the data receiving unit to the data receiving unit, the data receiving unit can restore the transmission data using the natural random number received from the data transmitting unit.

本実施形態におけるデータ転送装置は、2以上の半導体素子間でデータ転送を行うためのデータ転送装置であり、データ送信部とデータ受信部とを有している。   The data transfer device according to the present embodiment is a data transfer device for transferring data between two or more semiconductor elements, and includes a data transmission unit and a data reception unit.

データ送信部は、2値の自然乱数を順次発生して出力する乱数発生器と、送信用データを順次入力し、この送信用データを自然乱数により順次論理演算することによって送信用データをスクランブルして出力するスクランブル器と、論理演算された送信用データを1以上の第1伝送線へ順次送信する第1送信器と、乱数発生器から出力される自然乱数を第2伝送線へ順次送信する第2送信器とを備えている。   The data transmission unit scrambles the transmission data by sequentially inputting the transmission data and the random number generator that sequentially generates and outputs binary natural random numbers, and sequentially performing a logical operation on the transmission data using the natural random numbers. Scrambler that outputs the data, a first transmitter that sequentially transmits the logically calculated transmission data to one or more first transmission lines, and a natural random number that is output from the random number generator is sequentially transmitted to the second transmission line. And a second transmitter.

また、データ受信部は、第1伝送線を介して論理演算された送信用データを受信する第1受信器と、第2伝送線を介して自然乱数を受信する第2受信器と、第1受信器で受信した論理演算された送信用データを第2受信器で受信した自然乱数で論理演算することにより送信用データを復元するデスクランブル器とを備えている。   Further, the data receiving unit includes a first receiver that receives transmission data logically operated through the first transmission line, a second receiver that receives natural random numbers through the second transmission line, and a first receiver A descrambler that restores the transmission data by performing a logical operation on the logically calculated transmission data received by the receiver using a natural random number received by the second receiver.

このように、送信用データに対して乱数を用いてスクランブルをかけるので、伝送線であるデータ線に送信されるデータにおいて「0」と「1」の出力バランスをとることができる。しかも、スクランブルに用いる乱数は、規則性や前後の相関性、周期性などを有する擬似乱数ではなく、乱数の確率値及び出現率に差異が生じない真性乱数に近い自然乱数を用いている。その結果、擬似乱数と異なり、乱数が「0」、「1」のどちらであるかは、常に予測できない状態にすることができる。例えば、100ビット同じデータが連続する確率は、2-100(2の−100乗)であり、およそ7.9×10-31(10の−31乗に7.9を乗算した値)になる。そのため、10Gbpsのデータ転送速度で10年間データを送りつづけても、3.2×1018(10の18乗に3.2を乗算した値)ビットであることを考えると、現実的に100ビット同じデータが連続することはないと考えられる。そのため、送信用データがどのような値であっても、スクランブル後のデータは、自然乱数の列が持つ特徴(「0」と「1」とが同じ頻度で発生する特徴)を持つことができる。従って、受信器に適応等化器を設けたとき、冗長コードを用いることなく、この適応等化器において内部パラメータの自動調整を正常に動作させることができる。 In this way, since the transmission data is scrambled using random numbers, the output balance of “0” and “1” can be achieved in the data transmitted to the data line as the transmission line. Moreover, the random number used for scrambling is not a pseudo-random number having regularity, front-rear correlation, periodicity, or the like, but a natural random number close to a true random number that does not cause a difference in random value probability and appearance rate. As a result, unlike the pseudo-random number, it can be always unpredictable whether the random number is “0” or “1”. For example, the probability that 100 bits of the same data are continuous is 2 −100 (2 to the −100 power), and is approximately 7.9 × 10 −31 (the value obtained by multiplying the −10 power to the −31 power by 7.9). . Therefore, even if data is continuously sent for 10 years at a data transfer rate of 10 Gbps, considering that it is 3.2 × 10 18 (the value obtained by multiplying 10 to the 18th power by 3.2) bits, it is actually 100 bits. It is thought that the same data will not continue. Therefore, regardless of the value of the transmission data, the scrambled data can have the characteristics of the natural random number sequence (characteristics where “0” and “1” occur at the same frequency). . Therefore, when an adaptive equalizer is provided in the receiver, automatic adjustment of internal parameters can be normally operated in this adaptive equalizer without using a redundant code.

また、スクランブルに用いた自然乱数をデータ送信部からデータ受信部へ送信するようにしているので、データ受信部ではデータ送信部から受信した自然乱数を用いて送信用データを復元することができる。   In addition, since the natural random number used for scrambling is transmitted from the data transmission unit to the data reception unit, the data reception unit can restore the transmission data using the natural random number received from the data transmission unit.

また、データ送信部は、第1送信器及び第2送信器の送信タイミングを規定する基準クロックを生成するクロック源と、基準クロックを自然乱数で順次符号化する符号化器とを備えており、この第2送信器は、自然乱数の第2伝送線への送信を、符号化器によって符号化された基準クロックを第2伝送線へ送信することによって行う。また、データ受信部は、第2伝送線を介して受信した信号から基準クロックを抽出するクロック抽出器を備え、この第1受信器は、クロック抽出器によって抽出した基準クロックに基づいて論理演算された送信用データを受信する。なお、符号化器による符号化は、例えばマンチェスター符号化などの方法で自然乱数を符号化する。   The data transmitter includes a clock source that generates a reference clock that defines transmission timings of the first transmitter and the second transmitter, and an encoder that sequentially encodes the reference clock with natural random numbers. The second transmitter transmits a natural random number to the second transmission line by transmitting a reference clock encoded by the encoder to the second transmission line. The data receiver includes a clock extractor that extracts a reference clock from a signal received via the second transmission line, and the first receiver performs a logical operation based on the reference clock extracted by the clock extractor. Receive data for transmission. Note that the encoding by the encoder encodes a natural random number by a method such as Manchester encoding.

このように基準クロックと自然乱数とを一つの伝送線で送信するので、半導体素子間の配線を簡素化することできる。   Since the reference clock and the natural random number are transmitted through one transmission line in this way, the wiring between the semiconductor elements can be simplified.

なお、自然乱数の列を送信する特別な伝送路を準備するようにしてもよい。例えば、データ送信部に、基準クロックを第3伝送線へ順次送信する第3送信器を設け、一方、データ受信部は、第3伝送線を介して基準クロックを受信する第3受信器を設けて、第1受信器において、この第3受信器によって受信した基準クロックに基づいて論理演算された送信用データを受信する。このように構成することにより、符号化器やクロック抽出器を設ける必要がなくなり、データ転送装置の実装面積を低減させることができる。   A special transmission path for transmitting a sequence of natural random numbers may be prepared. For example, the data transmitter is provided with a third transmitter that sequentially transmits a reference clock to the third transmission line, while the data receiver is provided with a third receiver that receives the reference clock via the third transmission line. The first receiver receives the transmission data logically calculated based on the reference clock received by the third receiver. With this configuration, there is no need to provide an encoder or a clock extractor, and the mounting area of the data transfer device can be reduced.

また、乱数発生器として、半導体素子の内部の雑音を用いたものやリングオシレータを用いるものがある。例えば、データ送信部を有する半導体素子の内部において発生する雑音に基づいて自然乱数の列を生成する乱数発生器を用いることができる。半導体素子の内部において発生する雑音としては、微弱放射線、抵抗やダイオードの熱雑音、フリッカー雑音、ショット雑音などの自然現象により発生する雑音がある。リングオシレータを用いるものとして、段数が互いに素であり、かつ互いに段数が異なる複数のリングオシレータと、複数のリングオシレータの出力信号の排他的論理和を演算する排他的論理和器とを備え、排他的論理和器の出力を自然乱数とする乱数発生器がある。   Some random number generators use noise inside a semiconductor element and others use a ring oscillator. For example, a random number generator that generates a sequence of natural random numbers based on noise generated inside a semiconductor element having a data transmission unit can be used. Noise generated inside the semiconductor element includes weak radiation, noise generated by natural phenomena such as resistance and diode thermal noise, flicker noise, and shot noise. A ring oscillator uses a plurality of ring oscillators with different numbers of stages and different numbers of stages, and an exclusive OR circuit that calculates the exclusive OR of the output signals of the plurality of ring oscillators. There is a random number generator that uses natural random numbers as the output of a logical OR.

このように半導体素子の内部の雑音やリングオシレータを用いることにより、自然乱数を容易に生成することができる。   In this way, natural random numbers can be easily generated by using the internal noise of the semiconductor element and the ring oscillator.

また、上述のように「0」と「1」の発生頻度を等しくすることができるため、第1伝送線は、その中途部において容量素子が直列に接続することができる。   Moreover, since the occurrence frequency of “0” and “1” can be made equal as described above, the first transmission line can be connected in series with capacitive elements in the middle.

このように第1伝送線の中途部を容量素子でAC結合することにより、データ送信部とデータ受信部の信号電位が異なっていても動作させることができる。これは、例えば、長さ10,000の自然乱数の列の平均値が1/2から0.05以上ずれる確率は、1.6×10-23(10の−23乗に1.6を乗算した値)であり、通常AC結合で用いる容量(例えば、100nF)であれば、この程度のズレは動作上問題無いレベルであるからである。 As described above, AC coupling of the middle portion of the first transmission line with the capacitive element enables operation even when the signal potentials of the data transmission unit and the data reception unit are different. For example, the probability that the average value of a sequence of natural random numbers having a length of 10,000 deviates from 1/2 to 0.05 or more is 1.6 × 10 −23 (10 −23 to the power of 1.6 is multiplied by 1.6) This is because such a deviation is at a level that does not cause a problem in operation if the capacitance is normally used for AC coupling (for example, 100 nF).

また、第1受信器は、論理演算された送信用データを受信して取り込むタイミングを動的に調整するタイミング調整器を有しており、このタイミング調整器は、論理演算された送信用データの立ち上り又は立ち下がりのタイミングに基づいて、論理演算された送信用データを取り込むタイミングを調整している。   The first receiver has a timing adjuster that dynamically adjusts the timing for receiving and fetching the logically calculated transmission data, and the timing adjuster transmits the logically calculated transmission data. Based on the rising or falling timing, the timing for fetching the logically calculated transmission data is adjusted.

また、第1受信器は、第1伝送線での信号劣化を所定のパラメータに基づいて回復する適応等化器を有しており、この適応等化器は、論理演算された送信用データの状態遷移に基づいて、所定のパラメータを動的に調整する。   The first receiver has an adaptive equalizer that recovers signal degradation in the first transmission line based on a predetermined parameter, and the adaptive equalizer has a logical operation of transmission data. A predetermined parameter is dynamically adjusted based on the state transition.

このようにデータ受信部に適応等化器(Adaptive Equalizer)を設けることにより、データ転送を中断することなく、伝送線の減衰特性に柔軟に対応することができる。また、他のアナログフィルターと異なり、ノイズの増幅を抑えることができる。   By providing an adaptive equalizer in the data receiving unit in this way, it is possible to flexibly cope with the attenuation characteristic of the transmission line without interrupting data transfer. Also, unlike other analog filters, noise amplification can be suppressed.

また、乱数発生器は、論理演算された送信用データが第1送信器からmビット分送信される毎に、一つの自然乱数を生成し、スクランブル器は、乱数発生器から順次出力される最新のmビット分の自然乱数の列を蓄積する乱数記憶部を有し、送信用データをmビット単位で乱数記憶部に記憶したmビット分の自然乱数の列に基づいて論理演算してスクランブルする。   The random number generator generates a natural random number each time m-bit transmission data subjected to logical operation is transmitted from the first transmitter, and the scrambler outputs the latest data sequentially output from the random number generator. A random number storage unit that stores a sequence of m-bit natural random numbers, and scrambles the transmission data based on the m-bit sequence of natural random numbers stored in the random number storage unit in units of m bits. .

その結果、乱数発生器による自然乱数の発生速度をデータ転送の速度に合わせる必要がなくなり、回路設計が容易になる。しかも、自然乱数の転送周波数を低減することができるので、不要輻射などの外部への影響を抑えることができる。   As a result, it is not necessary to match the natural random number generation speed of the random number generator with the data transfer speed, and the circuit design is facilitated. In addition, since the transfer frequency of natural random numbers can be reduced, it is possible to suppress external influences such as unnecessary radiation.

なお、2値の自然乱数を順次発生して出力するステップと、送信用データを順次入力し、この送信用データを自然乱数により順次論理演算することによって送信用データをスクランブルして出力するステップと、論理演算された送信用データを1以上の第1伝送線へ順次送信するステップと、自然乱数を第2伝送線へ順次送信するステップと、第1伝送線を介して論理演算された送信用データを受信するステップと、第2伝送線を介して自然乱数を受信するステップと、受信した論理演算された送信用データを受信した自然乱数で論理演算することにより送信用データを復元するステップとを有するデータ転送方法であれば、上記データ転送装置の構成に限られるものではない。   A step of sequentially generating and outputting binary natural random numbers; a step of sequentially inputting transmission data; and a step of scrambling transmission data by sequentially performing logical operations on the transmission data with natural random numbers; A step of sequentially transmitting logically operated transmission data to one or more first transmission lines, a step of sequentially transmitting natural random numbers to the second transmission line, and a logical operation of the transmission data via the first transmission line. Receiving data, receiving a natural random number via the second transmission line, restoring the transmission data by performing a logical operation on the received logically operated transmission data with the received natural random number, and If it is a data transfer method which has this, it will not be restricted to the structure of the said data transfer apparatus.

(第1実施形態)
以下、図面に基づいて本発明の第1実施形態を詳説する。図1は、本第1実施形態のデータ転送装置1の概略構成図、図2は本第1実施形態のデータ転送装置1の動作説明図である。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of the data transfer apparatus 1 of the first embodiment, and FIG. 2 is an operation explanatory diagram of the data transfer apparatus 1 of the first embodiment.

図1に示すように、データ転送装置1は、2以上の半導体素子間でデータ転送を行うためのデータ転送装置であり、Chip−to−Chipインタフェースとも呼ばれる。このデータ転送装置1は、第1半導体素子2に内蔵されるデータ送信部10と第2半導体素子3に内蔵されるデータ受信部20とから構成される。   As shown in FIG. 1, the data transfer device 1 is a data transfer device for transferring data between two or more semiconductor elements, and is also called a Chip-to-Chip interface. The data transfer apparatus 1 includes a data transmission unit 10 built in the first semiconductor element 2 and a data reception unit 20 built in the second semiconductor element 3.

データ送信部10は、乱数の確率値及び出現率に差異が生じない2値(「0」,「1」)の真性乱数に近い自然乱数Sig2を順次発生して出力する乱数発生器11と、第1半導体素子2から第2半導体素子3へ送信するデータ(以下、「送信用データ」と呼ぶ。)を順次入力し、この送信用データをこの乱数発生器11から出力される自然乱数Sig2により順次論理演算することによって送信用データをスクランブルして出力するスクランブル器12と、基準クロックSig1を生成するクロック源13と、スクランブル器12によって論理演算された送信用データをn個(nは自然数)のデータ線である第1伝送線17−1〜17−nへ順次送信する第1送信器14−1〜14−nと、基準クロックSig1を自然乱数Sig2で順次符号化した信号Sig4を出力する符号化器15と、符号化器15から出力される信号Sig4を第2伝送線18へ順次送信する第2送信器16とを有している。なお、基準クロックSig1は、第1送信器14及び第2送信器16の送信タイミングを規定するクロックである。また、第2伝送線18は、クロック線と乱数伝送線とが共用された伝送線となる。すなわち、基準クロックSig1を自然乱数Sig2で順次符号化することにより、一つの第2伝送線18で基準クロックSig1と自然乱数Sig2とを同時に送信するようにしている。   The data transmitting unit 10 sequentially generates and outputs a natural random number Sig2 that is close to a binary random number (“0”, “1”) true random number that does not cause a difference in random value probability and appearance rate; Data to be transmitted from the first semiconductor element 2 to the second semiconductor element 3 (hereinafter referred to as “transmission data”) is sequentially input, and the transmission data is input by the natural random number Sig2 output from the random number generator 11. A scrambler 12 that scrambles and outputs transmission data by sequentially performing logical operations, a clock source 13 that generates a reference clock Sig1, and n transmission data logically operated by the scrambler 12 (n is a natural number) The first transmitters 14-1 to 14-n that sequentially transmit to the first transmission lines 17-1 to 17-n, which are the data lines, and the reference clock Sig1 sequentially with natural random numbers Sig2 The encoder 15 for outputting a Goka signal Sig4, and a second transmitter 16 sequentially transmits the signal Sig4 is outputted from the encoder 15 to the second transmission line 18. The reference clock Sig1 is a clock that defines the transmission timing of the first transmitter 14 and the second transmitter 16. The second transmission line 18 is a transmission line in which the clock line and the random number transmission line are shared. In other words, the reference clock Sig1 and the natural random number Sig2 are simultaneously transmitted through one second transmission line 18 by sequentially encoding the reference clock Sig1 with the natural random number Sig2.

ここで、データ送信部10に入力される送信用データは、pビットのパラレルデータであるものとする。そして、スクランブル器12は、pビットの送信用データをn個のシリアルデータに変換するパラレル−シリアル変換器を有している。例えば、p=24とし、n=4とすることができる。スクランブル器12においては、送信用データをパラレル−シリアル変換することによって生成したn個のシリアルデータ(以下、「送信用シリアルデータ」と呼ぶ。)をそれぞれ自然乱数Sig2により順次論理演算することによって送信用データをスクランブルする。   Here, it is assumed that the transmission data input to the data transmission unit 10 is p-bit parallel data. The scrambler 12 has a parallel-serial converter that converts p-bit transmission data into n serial data. For example, p = 24 and n = 4. In the scrambler 12, n serial data generated by parallel-serial conversion of the transmission data (hereinafter referred to as “transmission serial data”) are sequentially transmitted by logical operation using natural random numbers Sig2. Scramble credit data.

データ受信部20は、第1伝送線17−1〜17−nに接続され、この第1伝送線17−1〜17−nを介してデータ送信部10から送信される転送データSig10−1〜Sig10−nをそれぞれ受信して2値化し、このように2値化した信号Sig21−1〜Sig21−nを出力するデータ受信器である第1受信器21−1〜21−nと、基準クロックSig1を自然乱数Sig2により符号化した信号Sig11を第2伝送線18を介して受信して2値化し、このように2値化した信号Sig22を出力する第2受信器22と、2値化信号Sig22から基準クロックSig1を抽出し基準クロックSig23として出力するクロック抽出器としての機能と、2値化信号Sig22から自然乱数Sig2を抽出して自然乱数Sig24として出力する機能を有するCDR(Clock Data Recovery)器23と、2値化信号Sig21−1〜Sig21−nを自然乱数Sig24で論理演算することにより送信用データを復元するデスクランブル器24とを備えている。なお、第1受信器21−1〜21−nは、基準クロックSig23に基づいて転送データSig10−1〜Sig10−nを受信する。また、デスクランブル器24によって復元された送信用データは復帰データとして第2半導体素子3内部の他の回路へ出力される。   The data receiving unit 20 is connected to the first transmission lines 17-1 to 17-n, and transferred data Sig10-1 to 1 transmitted from the data transmitting unit 10 via the first transmission lines 17-1 to 17-n. First receivers 21-1 to 21-n that are data receivers that receive and binarize Sig10-n and output binarized signals Sig21-1 to Sig21-n, respectively, and a reference clock A signal Sig11 obtained by encoding Sig1 with a natural random number Sig2 is received via the second transmission line 18 and binarized, and the binarized signal is output from the binarized signal Sig22. A function as a clock extractor that extracts the reference clock Sig1 from the Sig22 and outputs it as the reference clock Sig23, and a natural random number Sig2 by extracting the natural random number Sig2 from the binarized signal Sig22 A CDR (Clock Data Recovery) device 23 having a function of outputting as 4 and a descrambler 24 for restoring transmission data by performing a logical operation on the binarized signals Sig21-1 to Sig21-n with natural random numbers Sig24. I have. The first receivers 21-1 to 21-n receive the transfer data Sig10-1 to Sig10-n based on the reference clock Sig23. Further, the transmission data restored by the descrambler 24 is output to other circuits in the second semiconductor element 3 as return data.

ここで、デスクランブル器24は、n個のシリアルデータを自然乱数Sig24でデスクランブルした後のデータ(以下、「復帰シリアルデータ」と呼ぶ。)をpビットのパラレルデータである復帰データに変換するシリアル−パラレル変換器を有している。例えば、p=24とし、n=4とすることができる。   Here, the descrambler 24 converts the data (hereinafter referred to as “recovered serial data”) after descrambling the n serial data with the natural random number Sig 24 into return data that is p-bit parallel data. A serial-parallel converter is included. For example, p = 24 and n = 4.

図2は、データ転送装置1によってデータ転送されるデータや自然乱数の状態を示しており、以下、図1及び図2を参照してデータ転送装置1によるデータ転送の動作を説明する。なお、理解を容易にするため、ここではデータ転送装置1におけるn本の第1伝送線17−1〜17のうち、第1伝送線17−1に関連する動作を主に説明するが、他の第1伝送線に関連する動作も同様である。   FIG. 2 shows the state of data and natural random numbers that are transferred by the data transfer apparatus 1. Hereinafter, the data transfer operation by the data transfer apparatus 1 will be described with reference to FIGS. For ease of understanding, an operation related to the first transmission line 17-1 among the n first transmission lines 17-1 to 17-17 in the data transfer apparatus 1 will be mainly described here. The operation related to the first transmission line is the same.

図2(a)は、データ送信部10における各信号の状態遷移を示しており、上段にスクランブル器12のパラレル−シリアル変換器から出力される複数の送信用シリアルデータのうちの一つの送信用シリアルデータが[dk-1],[dk],[dk+1](kは任意の自然数)が順に出力されていることを示しており、中段は乱数発生器11から出力される自然乱数Sig2が[rk-1],[rk],[rk+1]の順に出力されていることを示しており、下段はスクランブル器12から出力される信号Sig3−1〜Sig3−nのうち信号Sig3−1が[dk-1^rk-1],[dk^rk],[dk+1^rk+1]の順に出力されていることを示している。なお、[dk-1^rk-1]は送信用シリアルデータ[dk-1]を自然乱数[rk-1]により論理演算したスクランブルデータであり、同様に[dk^rk]は[dk]を[rk]により、[dk+1^rk+1]は[dk+1]を[rk+1]により、それぞれ論理演算したスクランブルデータである。 FIG. 2A shows the state transition of each signal in the data transmission unit 10, and one transmission data among a plurality of transmission serial data output from the parallel-serial converter of the scrambler 12 in the upper stage. Serial data [d k-1 ], [d k ], [d k + 1 ] (k is an arbitrary natural number) are sequentially output, and the middle stage is output from the random number generator 11. The natural random number Sig2 is output in the order of [r k-1 ], [r k ], [r k + 1 ], and the lower stage shows signals Sig3-1 to Sig3- output from the scrambler 12. among signals Sig3-1 n is [d k-1 ^ r k -1], which indicates that it is outputted in the order of [d k ^ r k], [d k + 1 ^ r k + 1] . [D k-1 ^ r k-1 ] is scrambled data obtained by performing a logical operation on the transmission serial data [d k-1 ] using a natural random number [r k-1 ]. Similarly, [d k ^ r k ] Is scrambled data obtained by logically operating [d k ] by [r k ] and [d k + 1 ^ r k + 1 ] by [d k + 1 ] by [r k + 1 ].

信号Sig3−1〜Sig3−nは、第1送信器14−1〜14−nによって第1伝送線17−1〜17−nに信号Sig10−1〜Sig10−nとして出力される。また、基準クロックSig1は、乱数発生器11から出力される自然乱数Sig2によって順次符号化され、信号Sig4として出力される。この信号Sig4は第2送信器16によって信号Sig11として第2伝送線18へ順次送信される。   The signals Sig3-1 to Sig3-n are output as signals Sig10-1 to Sig10-n to the first transmission lines 17-1 to 17-n by the first transmitters 14-1 to 14-n. The reference clock Sig1 is sequentially encoded by the natural random number Sig2 output from the random number generator 11, and is output as the signal Sig4. The signal Sig4 is sequentially transmitted to the second transmission line 18 as the signal Sig11 by the second transmitter 16.

図2(b)は、第1伝送線17−1及び第2伝送線18の状態遷移を表しており、この図の上段は第1伝送線17−1に信号Sig10−1が[dk-1^rk-1],[dk^rk],[dk+1^rk+1]の順に出力されていることを示しており、下段は第2伝送線18に信号Sig11に符号化により含まれる自然乱数Sig2が[rk-1],[rk],[rk+1]の順に出力されていることを示している。 FIG. 2B shows the state transition of the first transmission line 17-1 and the second transmission line 18, and the upper part of FIG. 2B shows that the signal Sig 10-1 is [d k− 1 ^ r k-1 ], [d k ^ r k ], and [d k + 1 ^ r k + 1 ] in this order, and the lower stage shows the signal Sig 11 on the second transmission line 18. It is shown that the natural random number Sig2 included by the encoding is output in the order of [r k-1 ], [r k ], [r k + 1 ].

データ受信部20では、第2伝送線18上の信号Sig11を第2受信器22を介して受信し、CDR器23を用いて、基準クロックSig1及び自然乱数Sig2をそれぞれSig23,Sig24として再生する。第1受信器21−1〜21−nは、この基準クロックSig23を用いて、第1伝送線17−1〜17−nの信号Sig10−1〜Sig10−nを受信し、Sig21−1〜Sig21−nとして出力する。第1受信器21−1〜21−nから出力されるSig21−1〜Sig21−nは、デスクランブル器24において、自然乱数Sig24と排他的論理和をとる。この時、データ送信部10でデータ[dk]に対して、スクランブルに用いた自然乱数[rk]は、クロック線を用いてデータ受信部20内に到着している。スクランブルされたデータ[dk^rk]に再度[rk]で排他的論理和をとると、[dk^rk]^[rk]=[dk]なので、元のデータを復帰することができる。 The data receiving unit 20 receives the signal Sig11 on the second transmission line 18 via the second receiver 22, and uses the CDR unit 23 to reproduce the reference clock Sig1 and the natural random number Sig2 as Sig23 and Sig24, respectively. The first receivers 21-1 to 21-n receive the signals Sig10-1 to Sig10-n of the first transmission lines 17-1 to 17-n using the reference clock Sig23, and Sig21-1 to Sig21. Output as -n. The Sig 21-1 to Sig 21 -n output from the first receivers 21-1 to 21 -n are exclusively ORed with the natural random number Sig 24 in the descrambler 24. At this time, the natural random number [r k ] used for scrambling the data [d k ] in the data transmitting unit 10 has arrived in the data receiving unit 20 using the clock line. If exclusive OR is performed on the scrambled data [d k ^ r k ] again with [r k ], the original data is restored because [d k ^ r k ] ^ [r k ] = [d k ]. can do.

図2(c)は、データ受信部20における各信号の状態遷移を示しており、上段に第1受信器21−1から受信信号Sig21−1が[dk-2^rk-2],[dk-1^rk-1],[dk^rk],[dk+1^rk+1]が順に出力されていることを示しており、中段はCDR器23から出力される自然乱数Sig24が[rk-2],[rk-1],[rk],[rk+1]の順に出力されていることを示しており、下段はデスクランブル器24によって受信信号Sig21−1である[dk-2^rk-2],[dk-1^rk-1],[dk^rk],[dk+1^rk+1]が自然乱数Sig24である[rk-2],[rk-1],[rk],[rk+1]によってそれぞれ論理演算されデスクランブルされた復帰シリアルデータが[dk-2],[dk-1],[dk],[dk+1]の順に出力されている様子を示しており、この復帰シリアルデータは他の復帰シリアルデータと共にデスクランブル器24のシリアル−パラレル変換によって復帰データとしてデスクランブル器24から出力される。 FIG. 2C shows the state transition of each signal in the data receiving unit 20, and the received signal Sig 21-1 from the first receiver 21-1 is [d k-2 ^ r k-2 ], [d k-1 ^ r k-1 ], [d k ^ r k ], [d k + 1 ^ r k + 1 ] are sequentially output, and the middle stage outputs from the CDR unit 23. Are output in the order of [r k−2 ], [r k−1 ], [r k ], [r k + 1 ], and the lower stage is output by the descrambler 24. [D k-2 21r k-2 ], [d k-1 rr k-1 ], [d k rr k ], [d k + 1 rr k + 1 ], which are the received signals Sig21-1. Is a natural random number Sig24 [r k-2 ], [r k-1 ], [r k ], [r k + 1 ], and the return serial data descrambled by logical operation is [d k-2 ]. , [D k-1 ], [d k ], [d k + 1 ] The restored serial data is output from the descrambler 24 as restored data by serial-parallel conversion of the descrambler 24 together with other restored serial data.

以上のように本実施形態におけるデータ転送装置1によれば、スクランブル器12において、送信用シリアルデータ列{…,dk-1,dk,dk+1,…}と、自然乱数の列{…,rk-1,rk,rk+1,…}があったとき、送信用シリアルデータ[dk]と自然乱数[rk]の排他的論理和[dk^rk]をそれぞれデータ毎に演算している。[rk]の値は確率で決まり、「0」,「1」の発生確率は、どちらも1/2なので、[dk]が「0」,「1」のどちらの値であっても、[dk^rk]における「0」,「1」の発生確率はどちらも1/2になる。従って、伝送線であるデータ線に送信されるデータについて「0」と「1」の出力バランスをとることができ、冗長コードを用いる必要がない。しかも、スクランブルに用いた自然乱数をデータ送信部10からデータ受信部20へ送信するようにしているので、データ受信部20ではデータ送信部10から受信した自然乱数を用いて送信用データを復元することができる。 As described above, according to the data transfer apparatus 1 of the present embodiment, the scrambler 12 uses the transmission serial data sequence {..., D k−1 , d k , d k + 1 ,. {..., r k-1, r k, r k + 1, ...} when there is, the exclusive OR of the transmission serial data [d k] a natural random number [r k] [d k ^ r k] Are calculated for each data. The value of [r k ] is determined by the probability, and the occurrence probabilities of “0” and “1” are both ½, so that [d k ] is either “0” or “1”. , [D k ^ r k ], the occurrence probabilities of “0” and “1” are both halved. Therefore, it is possible to balance the output of “0” and “1” for the data transmitted to the data line as the transmission line, and it is not necessary to use a redundant code. In addition, since the natural random number used for scrambling is transmitted from the data transmission unit 10 to the data reception unit 20, the data reception unit 20 restores the transmission data using the natural random number received from the data transmission unit 10. be able to.

また、本実施形態におけるデータ転送装置1によれば、第1伝送線17−1〜17−nによって伝送するデータ信号において「0」と「1」のバランスが取れているので、図3に示すように、第1伝送線17−1〜17−nの中途部において容量素子C1−1〜C1−nを直列に接続することができる。このとき、データ送信部10では、第1送信器14−1〜14−nの出力を第1半導体素子2の電源電圧Vcc1に抵抗R1−1〜R1−nでプルアップする。データ受信部20では、第1受信器21−1〜21−nの入力を第2半導体素子3の電源電圧Vcc2に抵抗R2−1〜R2−nでプルアップする。   Further, according to the data transfer apparatus 1 of the present embodiment, “0” and “1” are balanced in the data signals transmitted through the first transmission lines 17-1 to 17-n, and therefore, as shown in FIG. Thus, the capacitive elements C1-1 to C1-n can be connected in series in the middle of the first transmission lines 17-1 to 17-n. At this time, in the data transmitter 10, the outputs of the first transmitters 14-1 to 14-n are pulled up to the power supply voltage Vcc1 of the first semiconductor element 2 by the resistors R1-1 to R1-n. In the data receiving unit 20, the inputs of the first receivers 21-1 to 21-n are pulled up to the power supply voltage Vcc2 of the second semiconductor element 3 by resistors R2-1 to R2-n.

このように第1伝送線の中途部を容量素子でAC結合することにより、第1半導体素子2の電源電圧Vcc1と第2半導体素子3の電源電圧Vcc2の電位が異なっていても動作させることができる。   In this way, AC coupling of the middle portion of the first transmission line with the capacitive element enables operation even when the power supply voltage Vcc1 of the first semiconductor element 2 and the power supply voltage Vcc2 of the second semiconductor element 3 are different. it can.

ここで、乱数発生器11の具体的構成を説明する。図4は第1半導体素子2の内部の雑音を用いた乱数発生器11の構成を示している。   Here, a specific configuration of the random number generator 11 will be described. FIG. 4 shows a configuration of the random number generator 11 using noise inside the first semiconductor element 2.

図4に示すように乱数発生器11は、第1半導体素子2内の熱雑音を増幅するアンプ31と、基準クロックSig1に同期して動作するレジスタであり、アンプ31からの出力を保持し、自然乱数Sig2として出力するレジスタ32と、レジスタ32から出力される自然乱数Sig2を反転帰還(Negative Feedback)してアンプ31に入力するフィルタ回路33とを備えている。この乱数発生器11においては、熱雑音によってアンプ31の入力に微小電圧信号が発生する。この微小電圧信号をアンプ31を用いて増幅する。レジスタ32は、アンプ31によって増幅された信号を基準クロックSig1に同期して保持及び出力して、「0」,「1」をランダムに出力する。なお、フィルタ回路33は、「0」,「1」の発生頻度が両方とも1/2になるよう反転帰還を行う。   As shown in FIG. 4, the random number generator 11 is an amplifier 31 that amplifies the thermal noise in the first semiconductor element 2 and a register that operates in synchronization with the reference clock Sig1, and holds an output from the amplifier 31. A register 32 that outputs as a natural random number Sig2 and a filter circuit 33 that inverts the natural random number Sig2 output from the register 32 and inputs it to an amplifier 31 are provided. In this random number generator 11, a minute voltage signal is generated at the input of the amplifier 31 due to thermal noise. This minute voltage signal is amplified using an amplifier 31. The register 32 holds and outputs the signal amplified by the amplifier 31 in synchronization with the reference clock Sig1, and outputs “0” and “1” at random. Note that the filter circuit 33 performs inverting feedback so that the occurrence frequencies of “0” and “1” are both halved.

また、第1半導体素子2の内部の雑音を用いた乱数発生器11に代えて、リングオシレータを用いた乱数発生器を用いてもよい。図5にリングオシレータを用いた乱数発生器11’の構成を示す。   Further, a random number generator using a ring oscillator may be used instead of the random number generator 11 using noise inside the first semiconductor element 2. FIG. 5 shows a configuration of a random number generator 11 'using a ring oscillator.

図5に示すように、段数がN1段(N1は素でN2より小さい)のリングオシレータ34と、段数がN2段(N2は素でN3より小さい)のリングオシレータ35と、段数がN3段(N3は素)のリングオシレータ36と、これらのリングオシレータ34〜36の出力信号の排他的論理和を基準クロックSig1に同期して演算する排他的論理和器37とを備えており、この排他的論理和器37の出力を自然乱数Sig2’としている。 As shown in FIG. 5, a ring oscillator 34 having N 1 stages (N 1 is prime and smaller than N 2 ), and a ring oscillator 35 having N 2 stages (N 2 is prime and smaller than N 3 ), A ring oscillator 36 having N 3 stages (N 3 is prime), and an exclusive OR 37 for calculating the exclusive OR of the output signals of these ring oscillators 34 to 36 in synchronization with the reference clock Sig 1 The output of the exclusive OR 37 is a natural random number Sig2 ′.

次に、スクランブル器12の構成について具体的に説明する。図6はスクランブル器12の構成を示す図である。   Next, the configuration of the scrambler 12 will be specifically described. FIG. 6 is a diagram showing the configuration of the scrambler 12.

図6に示すように、スクランブル器12は、pビットのパラレルデータである送信用データDa_0〜Da_p-1をn本の送信用シリアルデータDb_0〜Db_n-1に変換するパラレル−シリアル変換器40と、n本の送信用シリアルデータDb_0〜Db_n-1を自然乱数Sig2により順次論理演算することによってスクランブルして出力する論理演算部41とを有している。   As shown in FIG. 6, the scrambler 12 includes a parallel-serial converter 40 that converts transmission data Da_0 to Da_p-1 which is p-bit parallel data into n transmission serial data Db_0 to Db_n-1. And a logical operation unit 41 that scrambles and outputs n pieces of serial data for transmission Db_0 to Db_n-1 by sequentially performing logical operations on natural random numbers Sig2.

論理演算部41は、各送信用シリアルデータDb_0〜Db_n-1をビット毎に自然乱数Sig2で排他的論理和をとる排他的論理和器43−1〜43−nと、この排他的論理和器43−1〜43−nから出力される信号を基準クロックSig1に同期してそれぞれ出力するDFF(データ・フリップ・フロップ)44−1〜44−nを有している。   The logical operation unit 41 includes exclusive ORs 43-1 to 43-n that exclusive-OR each transmission serial data Db_0 to Db_n-1 with a natural random number Sig2 for each bit, and the exclusive OR The DFFs (data flip-flops) 44-1 to 44-n output the signals output from the signals 43-1 to 43-n in synchronization with the reference clock Sig1.

なお、上記スクランブル器12においては、送信用データDa_0〜Da_p-1をn本の送信用シリアルデータDb_0〜Db_n-1にパラレル−シリアル変換し、各送信用シリアルデータDb_0〜Db_n-1をそれぞれビット単位で自然乱数Sig2で排他的論理和をとったが、図7に示すように、送信用データDa_0〜Da_p-1をqビット単位(例えば、q=p/n)のブロックに分け、各ブロック単位に自然乱数Sig2で排他的論理和をとった後に、パラレル−シリアル変換して、Sig3−1〜3−nを出力するスクランブル器12’としてもよい。図7はスクランブル器12’の一ブロックの構成を示す図であり、自然乱数Sig2を基準クロックSig1に同期して順次後段のDFFに出力するDFF42−1〜42−qと、ブロック分けした送信用データ(例えば、Da_0〜Db_q-1)を各DFF42−1〜42−nの出力で排他的論理和をとる排他的論理和器43’−1〜43’−nと、この排他的論理和器43’−1〜43’−nから出力される信号を基準クロックSig1に同期してそれぞれ出力するDFF(データ・フリップ・フロップ)44’−1〜44’−nを有しており、各ブロック単位に自然乱数Sig2で排他的論理和をとった後に、パラレルシリアル変換器40’でパラレル−シリアル変換して、Sig3−1〜3−nを出力する。   In the scrambler 12, the transmission data Da_0 to Da_p-1 are parallel-serial converted into n transmission serial data Db_0 to Db_n-1, and each of the transmission serial data Db_0 to Db_n-1 is converted into bits. As shown in FIG. 7, the transmission data Da_0 to Da_p-1 is divided into blocks of q bit units (for example, q = p / n), and each block is exclusive ORed with the natural random number Sig2. A scrambler 12 ′ that outputs Sigs 3-1 to 3-n after performing an exclusive OR with a natural random number Sig2 as a unit and then performing parallel-serial conversion. FIG. 7 is a diagram showing the configuration of one block of the scrambler 12 '. The DFF 42-1 to 42-q that sequentially outputs the natural random number Sig2 to the subsequent DFF in synchronization with the reference clock Sig1, and the blocks for transmission Exclusive ORs 43'-1 to 43'-n that take exclusive OR of data (for example, Da_0 to Db_q-1) at the outputs of the DFFs 42-1 to 42-n, and the exclusive ORs Each block includes DFFs (Data Flip-Flops) 44'-1 to 44'-n that respectively output signals output from 43'-1 to 43'-n in synchronization with the reference clock Sig1. After taking an exclusive OR with a natural random number Sig2 as a unit, the parallel-serial converter 40 ′ performs parallel-serial conversion to output Sig3-1 to 3-n.

次に、符号化器15について図面を参照して説明する。図8は符号化器15の構成を示す図である。図9(a)は符号化器15における各信号の状態遷移を示す図であり、図9(b)はCDR器23における各信号の状態遷移を示す図である。   Next, the encoder 15 will be described with reference to the drawings. FIG. 8 is a diagram showing the configuration of the encoder 15. FIG. 9A is a diagram showing the state transition of each signal in the encoder 15, and FIG. 9B is a diagram showing the state transition of each signal in the CDR unit 23.

図8に示すように、符号化器15は、DFF51,52と排他的論理和器53とを有しており、自然乱数Sig2を基準クロックSig1によって同期して排他的論理和器53へ入力する。また、符号化用クロックを基準クロックSig1によって同期して排他的論理和器53へ出力する。排他的論理和器53は、DFF51,52から出力される信号の排他的論理和をとって信号Sig4として出力する(図9(a)参照)。ここで符号化用クロックは、基準クロックSig1から位相を若干ずらしたクロックであり、これにより簡単に信号Sig4をマンチェスター符号化した信号として出力することができる。なお、基準クロックSig1及び自然乱数Sig2が625Mbpsである場合、自然乱数Sig2のビットを2ビットで表現するので、信号Sig4は625Mbps×2=1.25Gbpsのレートで伝送することになる。また、図9(a)においては、マンチェスター符号化を、入力信号が「0」の時(0,1)、入力信号が「1」の時(1,0)のように2ビットで表現している。このような符号化をすることで、エッジの発生頻度を保障することができる。なお、エッジとは、データ信号が「0」→「1」又は「1」→「0」と遷移するタイミングを意味する。   As shown in FIG. 8, the encoder 15 includes DFFs 51 and 52 and an exclusive OR 53, and inputs the natural random number Sig2 to the exclusive OR 53 in synchronization with the reference clock Sig1. . Also, the encoding clock is output to the exclusive OR 53 in synchronization with the reference clock Sig1. The exclusive OR 53 calculates the exclusive OR of the signals output from the DFFs 51 and 52 and outputs the result as the signal Sig4 (see FIG. 9A). Here, the encoding clock is a clock whose phase is slightly shifted from the reference clock Sig1, and thus, the signal Sig4 can be easily output as a signal encoded by Manchester. When the reference clock Sig1 and the natural random number Sig2 are 625 Mbps, the bit of the natural random number Sig2 is expressed by 2 bits, so that the signal Sig4 is transmitted at a rate of 625 Mbps × 2 = 1.25 Gbps. In FIG. 9A, Manchester encoding is expressed by 2 bits, such as (0, 1) when the input signal is “0” and (1, 0) when the input signal is “1”. ing. By performing such encoding, the frequency of edge generation can be guaranteed. The edge means a timing at which the data signal transitions from “0” → “1” or “1” → “0”.

データ送信部10から送信される信号Sig4は、第2伝送線18及び第2受信器22を介して、CDR器23に信号Sig22として入力される。CDR器23では、Sig22から復号用クロック及び基準クロックSig23を生成する。図9(b)に示すように、CDR器23は、この復号用クロックの立ち上りタイミングが入力信号Sig22のエッジタイミングとなるように構成され、復号用クロックの立下りタイミングは信号Sig22の腹にくるように構成される。なお、マンチェスター符号化方法であることから、データ受信部20では、最初のデータを検出することにより符号化する前のデータが「0」か「1」かを判定し、復号化した信号Sig24を出力している。なお、データ受信部20では、このように2ビットを一組として扱う必要があるため、これらの組の境界がどちらであるかは、データ転送装置1における起動時のトレーニング期間中に設定することになる。   The signal Sig4 transmitted from the data transmission unit 10 is input as the signal Sig22 to the CDR unit 23 via the second transmission line 18 and the second receiver 22. The CDR unit 23 generates a decoding clock and a reference clock Sig 23 from the Sig 22. As shown in FIG. 9B, the CDR unit 23 is configured such that the rising timing of the decoding clock becomes the edge timing of the input signal Sig22, and the falling timing of the decoding clock comes at the antinode of the signal Sig22. Configured as follows. Since this is the Manchester encoding method, the data receiving unit 20 determines whether the data before encoding is “0” or “1” by detecting the first data, and outputs the decoded signal Sig24. Output. Since the data receiving unit 20 needs to handle 2 bits as one set in this way, the boundary between these sets is set during the training period at the start-up in the data transfer apparatus 1. become.

次に、第1受信器21−1〜21−n及び第2受信器22の構成について、図面を参照して具体的に説明する。図10は各第1受信器21−1〜21−nにおけるタイミング調整器の構成を示す図、図11は各第1受信器21−1〜21−nにおける適応等化器70の構成を示す図である。なお、各第1受信器21−1〜21−n及び第2受信器22は、共に同様の構成であるため、ここでは第1受信器21−1についてのみ説明する。   Next, the configuration of the first receivers 21-1 to 21-n and the second receiver 22 will be specifically described with reference to the drawings. FIG. 10 is a diagram illustrating the configuration of the timing adjuster in each of the first receivers 21-1 to 21-n, and FIG. 11 illustrates the configuration of the adaptive equalizer 70 in each of the first receivers 21-1 to 21-n. FIG. Since each of the first receivers 21-1 to 21-n and the second receiver 22 has the same configuration, only the first receiver 21-1 will be described here.

第1受信器21−1は、信号Sig10−1を受信して取り込むタイミングを動的に調整するタイミング調整器60と、タイミング調整器60から出力される信号について第1伝送線17−1での信号劣化を所定のパラメータに基づいて回復する適応等化器70とを有している。   The first receiver 21-1 receives the signal Sig10-1 and dynamically adjusts the timing at which the signal Sig10-1 is received, and the signal output from the timing adjuster 60 on the first transmission line 17-1. And an adaptive equalizer 70 that recovers signal degradation based on predetermined parameters.

タイミング調整器60は、図10に示すように、信号Sig10−1を増幅するエッジ検出用のアンプ61と、同様に信号Sig10−1を増幅するデータ検出用のアンプ62と、後述の位相補間器65からの信号の立ち上りエッジ(又は立ち下がりエッジ)とエッジ検出用のアンプ61の出力の立ち上りエッジ(又は立ち下がりエッジ)のタイミングを比較して、その結果に応じた電圧を出力する位相比較器63と、この位相比較器63による位相比較結果をフィルタリングして出力するフィルタ64と、6相クロック生成部67から基準クロックSig1の6相のクロック(0deg,60deg,120deg,180deg,240deg,300deg)を入力し、この基準クロックの6相のクロックから2つのクロックを選択して(例えば、60degと120deg)2つのクロックの位相の内挿をとることで、任意の位相のクロック(例えば、60degから120degの間の任意の位相)を生成する位相補間器65と、データ検出用のアンプ62から出力される信号を入力し、位相補間器65から出力されるクロックにより、信号Sig10−1を受信して取り込み、適応等化器70へ出力するレジスタ66とを備えている。   As shown in FIG. 10, the timing adjuster 60 includes an edge detection amplifier 61 that amplifies the signal Sig 10-1, a data detection amplifier 62 that similarly amplifies the signal Sig 10-1, and a phase interpolator described later. A phase comparator that compares the timing of the rising edge (or falling edge) of the signal from 65 with the timing of the rising edge (or falling edge) of the output of the edge detection amplifier 61 and outputs a voltage corresponding to the result. 63, a filter 64 that filters and outputs the phase comparison result by the phase comparator 63, and a six-phase clock (0 deg, 60 deg, 120 deg, 180 deg, 240 deg, 300 deg) from the six-phase clock generator 67 And select two clocks from the six-phase clocks of the reference clock (for example, 60 deg and 12 deg. deg) Output from a phase interpolator 65 that generates a clock of an arbitrary phase (for example, an arbitrary phase between 60 deg and 120 deg) by interpolating the phases of two clocks, and an amplifier 62 for data detection The register 66 receives the signal Sig 10-1 by the clock output from the phase interpolator 65, receives the signal Sig 10-1, and outputs it to the adaptive equalizer 70.

位相補間器65は、フィルタ64から出力される信号を入力し、この信号に応じた位相のエッジ検出用クロックClock1及び受信用クロックClock2を生成する。また、位相補間器65は、エッジ検出用クロックClock1を位相比較器63に出力し、受信用クロックClock2をレジスタ66に出力する。位相比較器63は、エッジ検出用クロックClock1の立ち上りエッジ(又は立ち下がりエッジ)のタイミングとエッジ検出用のアンプ61の立ち上りエッジ(又は立ち下がりエッジ)のタイミングを比較する。レジスタ66は、受信用クロックClock2に同期してデータ検出用のアンプ62から出力される信号を保持及び出力する。なお、位相補間器65は、受信用クロックClock2とエッジ検出用クロックClock1とを90degの違いを持たせて出力する。例えば、受信用クロックClock2が70deg,250degの位相を持つ場合、エッジ検出用クロックClock1を160deg,340degにする。   The phase interpolator 65 receives the signal output from the filter 64, and generates an edge detection clock Clock1 and a reception clock Clock2 having a phase corresponding to the signal. In addition, the phase interpolator 65 outputs the edge detection clock Clock 1 to the phase comparator 63 and outputs the reception clock Clock 2 to the register 66. The phase comparator 63 compares the timing of the rising edge (or falling edge) of the edge detection clock Clock 1 with the timing of the rising edge (or falling edge) of the edge detection amplifier 61. The register 66 holds and outputs a signal output from the data detection amplifier 62 in synchronization with the reception clock Clock2. The phase interpolator 65 outputs the reception clock Clock 2 and the edge detection clock Clock 1 with a difference of 90 degrees. For example, when the reception clock Clock2 has a phase of 70 deg and 250 deg, the edge detection clock Clock1 is set to 160 deg and 340 deg.

このようにタイミング調整器60は、信号Sig10−1のエッジ(立ち上り又は立ち下がり)のタイミングに基づいて、信号Sig10−1を取り込むタイミングを調整するようにしている。なお、基準クロックの周波数を5GHzとすると、データ受信部20の第2受信器22は、信号Sig11を10Gbpsで受信することになる。このレベルの周波数になると、CMOSで10GHz動作のアンプを作ることはコストがかかることから、上述のように、必要最低限の周波数として基準クロックの周波数で動作させることができるように構成している。   In this way, the timing adjuster 60 adjusts the timing for taking in the signal Sig10-1 based on the edge (rising or falling) timing of the signal Sig10-1. If the frequency of the reference clock is 5 GHz, the second receiver 22 of the data receiving unit 20 receives the signal Sig11 at 10 Gbps. At this level of frequency, it is costly to make an amplifier operating at 10 GHz with CMOS, and as described above, the amplifier can be operated at the frequency of the reference clock as the minimum necessary frequency. .

適応等化器70は、第1伝送線17−1での信号劣化を所定のパラメータに基づいて回復する機能を有しており、第1伝送線17−1を介して第1受信器21に入力され、タイミング調整器60によって取り込まれた信号の状態遷移に基づいて、所定のパラメータを動的に調整する等化器である。この適応等化器70は、図11に示すように構成されており、数サイクル過去に受信したデータがレジスタチェーン(Register Chain)73内に保存されている。このレジスタチェーン73に保存された過去のデータに応じた信号をそれぞれ加算器71に帰還することで、過去のサイクルからの影響をキャンセルし、現在のサイクルでのデータを取り出している。ここで、スライサー72は、加算器71から出力される信号が「0」であるか「1」であるかを判定する機能を有している。また、エラーアンプ74及びパラメータコントローラ75は、加算器71によって過去のサイクルからの影響をキャンセルするときの係数(図11中のh(1),h(2),・・・,h(i))が常に最適になるように制御をしている。   The adaptive equalizer 70 has a function of recovering signal degradation on the first transmission line 17-1 based on a predetermined parameter, and is sent to the first receiver 21 via the first transmission line 17-1. This is an equalizer that dynamically adjusts a predetermined parameter based on a state transition of a signal input and taken in by the timing adjuster 60. The adaptive equalizer 70 is configured as shown in FIG. 11, and data received several cycles in the past is stored in a register chain 73. By returning a signal corresponding to past data stored in the register chain 73 to the adder 71, the influence from the past cycle is canceled, and data in the current cycle is extracted. Here, the slicer 72 has a function of determining whether the signal output from the adder 71 is “0” or “1”. The error amplifier 74 and the parameter controller 75 are coefficients (h (1), h (2),..., H (i) in FIG. 11) for canceling the influence from the past cycle by the adder 71. ) Is always controlled to be optimal.

この適応等化器70の制御が正しく行われるためには、現時点のサイクルのデータと、過去のサイクルのデータとの間の相関が十分小さいことが重要である。もし、相関が強ければ、上記の係数を正しい値に維持することができない。本実施形態のデータ転送装置1においては、自然乱数を用いてデータを送信しているために、各サイクルでの受信データの相関が十分小さくなり、冗長コードを用いる必要がない。   In order for the adaptive equalizer 70 to be controlled correctly, it is important that the correlation between the current cycle data and the past cycle data is sufficiently small. If the correlation is strong, the above coefficient cannot be maintained at a correct value. In the data transfer apparatus 1 of this embodiment, since data is transmitted using natural random numbers, the correlation of received data in each cycle is sufficiently small, and there is no need to use a redundant code.

(第2実施形態)
次に、第2実施形態におけるデータ転送装置1’について図面を参照して説明する。図12は、本第2実施形態におけるデータ転送装置1’の概略構成図である。なお、第1実施形態と同一の構成のものは第1実施形態と同一符号を付し、説明を省略する。
(Second Embodiment)
Next, a data transfer device 1 ′ in the second embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 12 is a schematic configuration diagram of a data transfer apparatus 1 ′ according to the second embodiment. In addition, the thing of the same structure as 1st Embodiment attaches | subjects the same code | symbol as 1st Embodiment, and abbreviate | omits description.

第2実施形態のデータ転送装置1’は、上記第1実施形態のデータ転送装置1’と自然乱数Sig2の転送方法が異なる。すなわち、第1実施形態のデータ転送装置1’は、自然乱数Sig2を基準クロックSig1にのせた形で第2伝送線18から送信することにしたが、本第2実施形態では、基準クロックSig1と自然乱数Sig2とは別々の伝送線を用いて転送するようにしており、符号化器15とCDR器23とを外し、後述の第3送信器16’と第3受信器25を設けている。   The data transfer apparatus 1 'according to the second embodiment is different from the data transfer apparatus 1' according to the first embodiment in the transfer method of the natural random number Sig2. That is, the data transfer device 1 ′ of the first embodiment transmits the natural random number Sig2 from the second transmission line 18 on the reference clock Sig1, but in the second embodiment, the data transfer device 1 ′ and the reference clock Sig1 The natural random number Sig2 is transferred using a separate transmission line, the encoder 15 and the CDR unit 23 are removed, and a third transmitter 16 ′ and a third receiver 25 described later are provided.

データ転送装置1’は、図12に示すように、データ送信部10’において、乱数発生器11で生成した自然乱数Sig2を第2送信器16によって第2伝送線18を介して信号Sig11として転送する。又、基準クロック源13で生成した基準クロックSig1を第3送信器16’によって第3伝送線19を介して信号Sig12として転送する。一方、データ受信部20’においては、第2伝送線18を介して入力される信号Sig11を第2受信器22で受信してデスクランブル用の自然乱数Sig23としてデスクランブル器24へ出力する。また、第3伝送線19を介して入力される信号Sig12を第3受信器25で受信して第1受信器21−1〜21−nの基準クロックSig23として出力する。なお、第3送信器16’は第1送信器14−1〜14−nや第2送信器16と同様の構成であり、第3受信器25は第1受信器21−1〜21−nや第2受信器22と同様の構成である。なお、第3受信器25において第2受信器22等と同様の構成にせず、PLLを用いるようにしてもよい。   As shown in FIG. 12, the data transfer device 1 ′ transfers the natural random number Sig2 generated by the random number generator 11 in the data transmission unit 10 ′ as the signal Sig11 via the second transmission line 18 by the second transmitter 16. To do. The reference clock Sig1 generated by the reference clock source 13 is transferred as the signal Sig12 through the third transmission line 19 by the third transmitter 16 '. On the other hand, in the data receiver 20 ′, the signal Sig 11 input via the second transmission line 18 is received by the second receiver 22 and output to the descrambler 24 as a natural random number Sig 23 for descrambling. The signal Sig12 input via the third transmission line 19 is received by the third receiver 25 and output as the reference clock Sig23 of the first receivers 21-1 to 21-n. The third transmitter 16 'has the same configuration as the first transmitters 14-1 to 14-n and the second transmitter 16, and the third receiver 25 is the first receiver 21-1 to 21-n. The second receiver 22 has the same configuration. Note that the third receiver 25 may not use the same configuration as the second receiver 22 and the like, but may use a PLL.

このように第2実施形態におけるデータ転送装置1’を構成しているので、第1実施形態のように符号化器やクロック抽出器を設ける必要がなく、データ転送装置の実装面積を低減させることができる。   Since the data transfer device 1 ′ in the second embodiment is configured as described above, it is not necessary to provide an encoder or a clock extractor as in the first embodiment, and the mounting area of the data transfer device is reduced. Can do.

(他の実施形態)
上述の第1実施形態や第2実施形態においては、自然乱数Sig2の生成タイミングを基準クロックSig1のクロック周期と同一としたが、自然乱数Sig2の生成タイミングを基準クロックSig1のクロック周期よりも遅くすることができる。
(Other embodiments)
In the first and second embodiments described above, the generation timing of the natural random number Sig2 is made the same as the clock cycle of the reference clock Sig1, but the generation timing of the natural random number Sig2 is made later than the clock cycle of the reference clock Sig1. be able to.

すなわち、データ転送のレートと自然乱数を第2半導体素子3に送信するレートの比をm(mは2以上の整数):1とする。より具体的には、乱数発生器11,11’において、スクランブル器12から出力される信号Sig3−1〜Sig3−nが第1送信器14−1〜14−nからmビット分送信される毎に、一つの自然乱数Sig2を生成させる。また、スクランブル器12において、乱数発生器11,11’から順次出力される最新のmビット分の自然乱数Sig2の列を蓄積する送信側乱数記憶部を設け、送信用データをmビット単位で送信側乱数記憶部に記憶したmビット分の自然乱数の列に基づいて論理演算してスクランブルするようにするのである。また、データ送信部10,10'からの自然乱数Sig2の転送は、乱数発生器11,11’が自然乱数を生成する毎に順次送信する。一方、データ受信部20,20’側では、デスクランブル器24において、データ送信部10,10'から順次転送される最新のmビット分の自然乱数の列を蓄積する受信側乱数記憶部を設け、受信した信号Sig21−1〜21−nをmビット単位で受信側乱数記憶部に記憶したmビット分の自然乱数の列に基づいて論理演算してスクランブルするようにするのである。   That is, the ratio of the data transfer rate and the rate at which natural random numbers are transmitted to the second semiconductor element 3 is m (m is an integer equal to or greater than 2): 1. More specifically, every time the random number generators 11 and 11 ′ transmit m bits of signals Sig3-1 to Sig3-n output from the scrambler 12, from the first transmitters 14-1 to 14-n. Then, one natural random number Sig2 is generated. In addition, the scrambler 12 is provided with a transmission-side random number storage unit that stores a sequence of the latest m-bit natural random numbers Sig2 sequentially output from the random number generators 11 and 11 ′, and transmits transmission data in units of m bits. It is scrambled by performing a logical operation based on a sequence of natural random numbers of m bits stored in the side random number storage unit. The transfer of the natural random number Sig2 from the data transmission units 10 and 10 ′ is sequentially transmitted every time the random number generators 11 and 11 ′ generate the natural random numbers. On the other hand, on the data receiving unit 20, 20 ′ side, a descrambling unit 24 is provided with a receiving side random number storage unit that accumulates a sequence of natural random numbers for the latest m bits sequentially transferred from the data transmitting unit 10, 10 ′. The received signals Sig 21-1 to 21-n are scrambled by performing a logical operation based on a sequence of m-bit natural random numbers stored in the receiving-side random number storage unit in m bits.

図13にはこのような構成にしたときの各信号の状態遷移を示している。図13(a)はデータ送信部10,10'における各信号の状態遷移を示しており、データ転送のレートと自然乱数を第2半導体素子3に送信するレートの比がm:1であるため、データをm個送っている間に、自然乱数は1個だけ送られる。この場合、図13に示すように、転送するデータm個を1組のブロックとして考える。図13(a)に示すブロックAでは、自然乱数として{rk-1,rk,,…rk+n-2}のm個の自然乱数の列を使っており、ブロックBでは、乱数として{rk,rk,…rk+n-1}のn個の自然乱数の列を使っている。つまり、ブロックBでは、生成時間が最も古い自然乱数[rk-1]を捨てて新たに生成された自然乱数[rk+m-1]を用いている。この新たに生成された自然乱数[rk+m-1]は、図13(b),(c)に示すように、伝送路を介して、データ受信部20,20’に転送され、デスクランブルに使用されている。新しい自然乱数[rk+m-1]を追加する位置は、図13では各ブロックの最後になっているが、各ブロックの先頭であってもよい。つまり、データ送信部10,10'とデータ受信部20,20’とでその位置が整合するようにすれば、新しい自然乱数[rk+m-1]をどの位置に追加してもよい。 FIG. 13 shows the state transition of each signal in such a configuration. FIG. 13A shows the state transition of each signal in the data transmitters 10 and 10 ′, and the ratio of the data transfer rate and the rate at which natural random numbers are transmitted to the second semiconductor element 3 is m: 1. While sending m pieces of data, only one natural random number is sent. In this case, as shown in FIG. 13, m data to be transferred is considered as one set of blocks. In block A shown in FIG. 13A, a sequence of m natural random numbers {r k−1 , r k ,... R k + n− 2 } is used as natural random numbers. As a sequence of n natural random numbers of {r k , r k ,..., R k + n−1 }. That is, in block B, the natural random number [r k + m−1 ] newly generated by discarding the natural random number [r k−1 ] having the oldest generation time is used. The newly generated natural random number [r k + m−1 ] is transferred to the data receiving units 20 and 20 ′ via the transmission line as shown in FIGS. Used for scrambling. The position at which a new natural random number [r k + m-1 ] is added is the last of each block in FIG. 13, but may be the top of each block. That is, a new natural random number [r k + m−1 ] may be added to any position as long as the positions of the data transmitting units 10 and 10 ′ and the data receiving units 20 and 20 ′ are matched.

このような形で自然乱数を再利用しても、例えば、m=8の時、1〜7サイクル離れたサイクル間での自然乱数は独立であり、適応等化器70に使用するには十分離れていることになる。但し、伝送路を図3に示すようにAC結合を行う場合は、mを十分に大きくする必要がある。なぜなら、独立な乱数の数が1/mに圧縮されてしまうからである。   Even if natural random numbers are reused in this way, for example, when m = 8, natural random numbers between 1 to 7 cycles apart are independent and sufficient for use in the adaptive equalizer 70. I will be away. However, when AC coupling is performed on the transmission line as shown in FIG. 3, m needs to be sufficiently large. This is because the number of independent random numbers is compressed to 1 / m.

以上のように構成することにより、乱数発生器11,11’による自然乱数Sig2の発生速度をデータ転送のレート(速度)に合わせる必要がなくなり、回路設計が容易になる。しかも、自然乱数Sig2の転送周波数を低減することができるので、不要輻射などの外部への影響を抑えることができる。   With the above configuration, it is not necessary to match the generation speed of the natural random number Sig2 by the random number generators 11 and 11 'with the data transfer rate (speed), and the circuit design is facilitated. In addition, since the transfer frequency of the natural random number Sig2 can be reduced, it is possible to suppress external influences such as unnecessary radiation.

以上、本発明の実施の形態のうちのいくつかを図面に基づいて詳細に説明したが、これらは例示であり、当業者の知識に基づいて種々の変形、改良を施した他の形態で本発明を実施することが可能である。   As mentioned above, some of the embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings. However, these are merely examples, and the present invention is variously modified and improved based on the knowledge of those skilled in the art. It is possible to carry out the invention.

例えば、データ送信部10において、一つの自然乱数を複数の第1伝送線で用いる例を挙げて説明したが、これに限られず、一つの第1伝送線に一つの乱数発生器を持たせるようにしてもよい。この場合、第1伝送線の数に相当するだけ、自然乱数をデータ受信部20へ送信する伝送路を持たせる必要がある。   For example, in the data transmission unit 10, an example in which one natural random number is used in a plurality of first transmission lines has been described. However, the present invention is not limited thereto, and one random number generator may be provided in one first transmission line. It may be. In this case, it is necessary to provide a transmission path for transmitting natural random numbers to the data receiving unit 20 corresponding to the number of first transmission lines.

第1実施形態のデータ転送装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the data transfer apparatus of 1st Embodiment. 第1実施形態のデータ転送装置の動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of the data transfer apparatus of 1st Embodiment. 中途部を容量素子で結合したAC結合伝送線を用いた例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the example using the AC coupling transmission line which couple | bonded the middle part with the capacitive element. 第1半導体素子の内部の熱雑音を用いた乱数発生器の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the random number generator using the thermal noise inside a 1st semiconductor element. リングオシレータを用いた乱数発生器の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the random number generator using a ring oscillator. 第1実施形態におけるスクランブル器の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the scrambler in 1st Embodiment. 第1実施形態におけるスクランブル器の他の構成を示す図である。It is a figure which shows the other structure of the scrambler in 1st Embodiment. 第1実施形態における符号化器の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the encoder in 1st Embodiment. 第1実施形態における符号化器における各信号の状態遷移を示す図である。It is a figure which shows the state transition of each signal in the encoder in 1st Embodiment. 第1実施形態における第1受信器のタイミング調整器の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the timing adjuster of the 1st receiver in 1st Embodiment. 第1実施形態における第1受信器における等化器の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the equalizer in the 1st receiver in 1st Embodiment. 第2実施形態のデータ転送装置の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the data transfer apparatus of 2nd Embodiment. その他の実施形態における各部の信号の状態遷移を示す図である。It is a figure which shows the state transition of the signal of each part in other embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1 データ転送装置
2 第1半導体素子
3 第2半導体素子
10,10’ データ送信部
11 乱数発生器
12 スクランブル器
13 基準クロック源
14 第1送信器
15 符号化器
16 第2送信器
16’ 第3送信器
17 第1伝送線
18 第2伝送線
19 第3伝送線
20,20’ データ受信部
21 第1受信器
22 第2受信器
23 CDR器
24 デスクランブル器
25 第3受信器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Data transfer apparatus 2 1st semiconductor element 3 2nd semiconductor element 10, 10 'Data transmission part 11 Random number generator 12 Scrambler 13 Reference clock source 14 1st transmitter 15 Encoder 16 2nd transmitter 16' 3rd Transmitter 17 First transmission line 18 Second transmission line 19 Third transmission line 20, 20 'Data receiver 21 First receiver 22 Second receiver 23 CDR unit 24 Descrambler 25 Third receiver

Claims (10)

2以上の半導体素子間でデータ転送を行うためのデータ転送装置において、
データ送信部とデータ受信部とを有し、
前記データ送信部は、
2値の自然乱数を順次発生して出力する乱数発生器と、
送信用データを順次入力し、この送信用データを前記自然乱数により順次論理演算することによって前記送信用データをスクランブルして出力するスクランブル器と、
前記論理演算された送信用データを1以上の第1伝送線へ順次送信する第1送信器と、
前記乱数発生器から出力される自然乱数を第2伝送線へ順次送信する第2送信器と、を備え、
前記データ受信部は、
前記第1伝送線を介して前記論理演算された送信用データを受信する第1受信器と、
前記第2伝送線を介して前記自然乱数を受信する第2受信器と、
前記第1受信器で受信した前記論理演算された送信用データを前記第2受信器で受信した自然乱数で論理演算することにより前記送信用データを復元するデスクランブル器と、を備えた
ことを特徴とするデータ転送装置。
In a data transfer apparatus for transferring data between two or more semiconductor elements,
A data transmission unit and a data reception unit;
The data transmitter is
A random number generator that sequentially generates and outputs binary natural random numbers;
A scrambler that sequentially inputs transmission data and scrambles and outputs the transmission data by sequentially performing a logical operation on the transmission data using the natural random number;
A first transmitter for sequentially transmitting the logically calculated transmission data to one or more first transmission lines;
A second transmitter for sequentially transmitting natural random numbers output from the random number generator to a second transmission line,
The data receiver is
A first receiver that receives the logically calculated transmission data via the first transmission line;
A second receiver for receiving the natural random number via the second transmission line;
A descrambler that restores the transmission data by performing a logical operation on the logically calculated transmission data received by the first receiver using a natural random number received by the second receiver. A data transfer device.
前記データ送信部は、
前記第1送信器及び前記第2送信器の送信タイミングを規定する基準クロックを生成するクロック源と、
前記基準クロックを前記自然乱数で順次符号化する符号化器と、を備え、
前記第2送信器は、
前記自然乱数の前記第2伝送線への送信を、前記符号化器によって符号化された基準クロックを前記第2伝送線へ送信することによって行い、
前記データ受信部は、
前記第2伝送線を介して受信した信号から前記基準クロックを抽出するクロック抽出器を備え、
前記第1受信器は、前記クロック抽出器によって抽出した基準クロックに基づいて前記論理演算された送信用データを受信する
ことを特徴とする請求項1に記載のデータ転送装置。
The data transmitter is
A clock source that generates a reference clock that defines transmission timing of the first transmitter and the second transmitter;
An encoder that sequentially encodes the reference clock with the natural random number;
The second transmitter is
Transmitting the natural random number to the second transmission line by transmitting a reference clock encoded by the encoder to the second transmission line;
The data receiver is
A clock extractor for extracting the reference clock from a signal received via the second transmission line;
The data transfer device according to claim 1, wherein the first receiver receives the transmission data that is logically calculated based on a reference clock extracted by the clock extractor.
前記データ送信部は、
前記第1送信器及び前記第2送信器の送信タイミングを規定する基準クロックを生成するクロック源と、
前記基準クロックを第3伝送線へ順次送信する第3送信器と、を備え、
前記データ受信部は、
前記第3伝送線を介して前記基準クロックを受信する第3受信器を備え、
前記第1受信器は、前記第3受信器によって受信した基準クロックに基づいて前記論理演算された送信用データを受信する
ことを特徴とする請求項1に記載のデータ転送装置。
The data transmitter is
A clock source that generates a reference clock that defines transmission timing of the first transmitter and the second transmitter;
A third transmitter for sequentially transmitting the reference clock to a third transmission line,
The data receiver is
A third receiver for receiving the reference clock via the third transmission line;
The data transfer apparatus according to claim 1, wherein the first receiver receives the transmission data that is logically calculated based on a reference clock received by the third receiver.
前記乱数発生器は、
前記データ送信部を有する半導体素子の内部において発生する雑音に基づいて、前記自然乱数の列を生成することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のデータ転送装置。
The random number generator is
The data transfer device according to claim 1, wherein the sequence of natural random numbers is generated based on noise generated inside a semiconductor element having the data transmission unit.
前記乱数発生器は、
段数が互いに素であり、かつ互いに段数が異なる複数のリングオシレータと、
前記複数のリングオシレータの出力信号の排他的論理和を演算する排他的論理和器とを備え、
前記排他的論理和器の出力を前記自然乱数とした
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のデータ転送装置。
The random number generator is
A plurality of ring oscillators with different numbers of stages and different numbers of stages,
An exclusive OR circuit for calculating an exclusive OR of the output signals of the plurality of ring oscillators,
The data transfer apparatus according to claim 1, wherein an output of the exclusive OR is the natural random number.
前記第1伝送線は、その中途部において容量素子が直列に接続された
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載のデータ転送装置。
The data transfer device according to any one of claims 1 to 5, wherein the first transmission line has a capacitive element connected in series at an intermediate portion thereof.
前記第1受信器は、前記論理演算された送信用データを受信して取り込むタイミングを動的に調整するタイミング調整器を有し、
前記タイミング調整器は、前記論理演算された送信用データの立ち上り又は立ち下がりのタイミングに基づいて、前記論理演算された送信用データを取り込むタイミングを調整する
ことを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載のデータ転送装置。
The first receiver has a timing adjuster that dynamically adjusts the timing for receiving and taking in the transmission data subjected to the logical operation,
The timing adjuster adjusts the timing for fetching the logically calculated transmission data based on the rising or falling timing of the logically calculated transmission data. The data transfer apparatus according to any one of claims.
前記第1受信器は、前記第1伝送線での信号劣化を所定のパラメータに基づいて回復する適応等化器を有しており、
前記適応等化器は、前記論理演算された送信用データの状態遷移に基づいて、前記所定のパラメータを動的に調整する
ことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載のデータ転送装置。
The first receiver has an adaptive equalizer that recovers signal degradation in the first transmission line based on a predetermined parameter;
The said adaptive equalizer adjusts the said predetermined parameter dynamically based on the state transition of the data for transmission by which the logic operation was carried out. The Claim 1 characterized by the above-mentioned. Data transfer device.
前記乱数発生器は、前記論理演算された送信用データが前記第1送信器からmビット分送信される毎に、一つの自然乱数を生成し、
前記スクランブル器は、前記乱数発生器から順次出力される最新のmビット分の自然乱数の列を蓄積する乱数記憶部を有し、前記送信用データをmビット単位で前記乱数記憶部に記憶したmビット分の自然乱数の列に基づいて論理演算してスクランブルする
ことを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載のデータ転送装置。
The random number generator generates a natural random number each time m bits of transmission data subjected to the logical operation are transmitted from the first transmitter,
The scrambler has a random number storage unit that stores a sequence of the latest m bits of natural random numbers sequentially output from the random number generator, and stores the transmission data in the random number storage unit in units of m bits. The data transfer apparatus according to any one of claims 1 to 8, wherein the data is scrambled by a logical operation based on a sequence of natural random numbers for m bits.
2以上の半導体素子間でデータ転送を行うためのデータ転送方法において、
2値の自然乱数を順次発生して出力するステップと、
送信用データを順次入力し、この送信用データを前記自然乱数により順次論理演算することによって前記送信用データをスクランブルして出力するステップと、
前記論理演算された送信用データを1以上の第1伝送線へ順次送信するステップと、
前記自然乱数を第2伝送線へ順次送信するステップと、
前記第1伝送線を介して前記論理演算された送信用データを受信するステップと、
前記第2伝送線を介して前記自然乱数を受信するステップと、
前記受信した前記論理演算された送信用データを前記受信した自然乱数で論理演算することにより前記送信用データを復元するステップと、を有する
ことを特徴とするデータ転送方法。








In a data transfer method for transferring data between two or more semiconductor elements,
Sequentially generating and outputting binary natural random numbers;
Sequentially inputting transmission data, scrambled and output the transmission data by sequentially performing a logical operation on the transmission data with the natural random number;
Sequentially transmitting the logically calculated transmission data to one or more first transmission lines;
Sequentially transmitting the natural random numbers to the second transmission line;
Receiving the transmission data subjected to the logical operation via the first transmission line;
Receiving the natural random number via the second transmission line;
A step of performing a logical operation on the received transmission data subjected to the logical operation using the received natural random number to restore the transmission data.








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