JP2003218847A

JP2003218847A - データ受信方式

Info

Publication number: JP2003218847A
Application number: JP2002018369A
Authority: JP
Inventors: Yoshiharu Kudo; 義治工藤
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2002-01-28
Filing date: 2002-01-28
Publication date: 2003-07-31

Abstract

(57)【要約】【課題】送信回路から送信されるデータを受信回路で受
信する際に、伝送路の波形歪み等によるデータ検出エラ
ーを最小にして高信頼性とするデータ受信方式を提供す
る。【解決手段】送信回路１から並行する伝送路２、３を介
してデータ信号およびクロック信号を、それぞれ受信回
路４内の検出器５および可変遅延回路６に入力する。可
変遅延回路６は、遅延制御信号により遅延時間を変化さ
せ、それぞれの遅延時間毎にビットエラーレート（BE
R）を求め、検出器５の検出タイミングをBERが最小にな
る最適遅延時間に設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はデータ受信方式に関
し、特に送信回路から伝送路を介してデジタルデータを
送信し、受信回路で受信してデータ出力を得るデータ受
信方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】デジタルデータ列を電気信号に変換し、
ある半導体集積回路（IC）から別の半導体集積回路に対
して金属配線で構成される伝送路を介して電気信号を伝
送するチップ間通信回路がある。斯かるチップ間通信回
路においては、伝送データ量の大容量化が急速に進行し
ている。そこで、１本の伝送路で、単位時間当りに伝送
されるデジタルデータ量（ビット／秒又はb／s）が急速
に増大している。特に近年では、伝送路１本当り１Gb／
ｓを超える場合もまれではない。

【０００３】上述の如き大容量データを、如何に誤りな
く伝送するかが、伝送回路の性能として重要である。伝
送される電気信号を検出する際のエラーに関し、時間的
タイミングがこれに密接に関わっている。送信回路にお
いて、デジタルデータを、電圧レベルの時間的変化とし
ての電気信号に変換して伝送する場合に、受信回路にお
ける信号電圧波形からのデジタルデータの検出復元する
動作を、図６に示す。

【０００４】図６（A）は、受信信号を閾値電圧と比較
器を使用して比較することにより、「１」又は「０」と
する。一方、図６（B）の場合には、受信信号（実線で
示す）およびその反転信号（点線で示す）の電圧差の正
負に応じて「１」又は「０」とする。しかしながら、比
較器内の素子の個体差により、微小な電圧差を真値と異
なる値で出力する可能性がある。即ち、入力電圧に十分
な差がない場合には、エラーが生じる確率が高くなり、
図７に示す如く判定誤差を生じる電圧範囲があることを
意味する。更に、伝送系内外からの雑音が電気信号に混
入することにより、図７に示す理想状態と比較して電気
信号に揺らぎが生じるため、微小電圧差は消えてしまう
可能性もある。従って、入力電圧差が微小となるデータ
変換点の前後において検出を行うと、検出エラーが生じ
易い。

【０００５】また、図７に示す如く、タイミング信号は
ある時間幅を持って揺らいでいる。このために、データ
変換点前後では、タイミング信号とデータ信号の位相の
ずれにより、前又は次のデータタイミングにデータ検出
タイミングを調整することが必要となる。例えば、エラ
ーが発生し易いデータの変換点から時間的に離れたタイ
ミングで検出を行う必要がある。

【０００６】データ検出手段における検出タイミング合
わせの手段としては、例えば信号と閾値又は差動信号が
反転するタイミングを検出する方法がある。図８は、従
来のデータ検出方法を示すタイミングチャートである。
図８（A）において、（a）はデータ、（ｂ）は信号の
例、（ｃ）は交差点検出信号および（ｄ）はクロック
（CLK）信号を示す。信号と反転信号の交差点（図８
（A)の（ｃ）参照）を検出する手段により得られるデー
タの変換点に対してクロック信号（図８（A)の（d）参
照）の立ち上がり又は立ち下がりを合わせる。これによ
り、クロック信号とデータの同期を得ることが可能であ
る。このクロック信号の立ち上がり又は立ち下がりのタ
イミングを、データ列の中のある１データが含まれる期
間の始点又は終点、即ちデータエッジとしたとき、これ
に対して図８（B）に示す如くその中点でデータ検出を
行うのが一般的である。図８（B）において、（a）はデ
ータ、（ｂ）はクロック信号および（ｃ）はデータ検出
タイミングを示す。斯かる従来技術は、例えば特開平１
１−２７５０６６号公報の「信号伝送システム」等に開
示されている。

【０００７】また、複数回のデータ検出によりデータの
信頼性を高める技術も提案されている。オーバーサンプ
リング方式と称されるこの技法を、図９のブロック図に
示す。図９は、送信回路１、この送信回路１からデータ
が伝送される伝送路２、オーバーサンプリング方式受信
回路８および位相調整回路１１を示す。このオーバーサ
ンプリング方式受信回路８は、複数の検出回路９および
データ決定回路１３を含んでいる。このオーバーサンプ
リング方式では、複数の検出回路９（ａ）〜９（ｎ）を
有し、１データ期間よりも十分短い時間差の複数のタイ
ミング、即ちΦ１〜Φnで１データ期間内に順次検出す
る。そして、これら複数の検出結果をデータ決定回路１
３において比較することにより、元のデータを推定し、
また同時に検出結果を参照して検出タイミングを調整し
ている。

【０００８】図９に示す検出系では、各検出系の出力が
等しくなるように検出タイミングの位相を調整すること
で、データ期間と検出タイミングを合わせることが可能
である。この技法では、時間的にシフトした複数の検出
結果に対して「１」と「０」のどちらが多いかを比較す
ることで、検出タイミングがデータ信号に対して位相ず
れしているか判断する。そして、多い方を一層多くする
方向へ検出タイミングをシフトさせるため、複数ある検
出タイミングのうち、少なくとも半分以上は真値を有す
ると考えることができる。従って、どちらが多いかを判
定することにより、データの信頼性を高めることが可能
である。

【０００９】斯かるデータ検出に関連する従来技術は、
例えば特開２０００−１０１６１５号公報の「同期通信
方式」、特開２０００−１１５１３１号公報の「CDMA通
信用受信装置および伝播路推定装置」、特開２００１−
３３９３２８号公報の「受信装置、受信方法ならびに情
報記録媒体」、特開平８−８８６２４号公報の「シリア
ルデジタル信号の標本化方法」および特開平１１−８６
６２号公報の「ネットワーク通信の信号処理を行う半導
体装置および信号処理装置」等に開示されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述の如く、受信した
データ信号のデータエッジに対して無条件にその中点に
タイミングを合わせている場合には、半導体集積回路の
ワイヤーボンディング等による特性インピーダンスの不
整合等による信号の反射により波形歪みが生じるような
伝送系においてエラー発生確率が増大する可能性があ
る。この場合に適切なデータ検出タイミングは、データ
エッジの中点とは限らない。ここで、信号の反射には、
パルスの立ち上がりおよび立ち下がり時間が深く関係
し、伝送路の往復の伝播時間よりも立ち上がりおよび立
ち下がりが短いと反射が顕著になる。更に、伝送路にお
けるデータ伝送中に外部雑音（ノイズ）が混入し、クロ
ック信号にジッタが発生して検出可能時間から外れる場
合もある。そのために、全てのデータに対してエラー確
率が十分低くなる期間は、更に限定されることとなる。

【００１１】一方、オーバーサンプリング方式では、１
データ入力に対して複数の検出系を使用するために回路
規模が大きくなる。また、これら検出器群で検出した１
データ当り複数の検出結果を論理回路で演算して位相調
整を行うため、クロック／データ間の位相調整は高精度
であるが、反射等の信号歪みが顕著になるとデータ配列
のうちの特定データ並びに関して、複数ある検出系の検
出タイミングが全て１データ期間内に存在したとして
も、その中の何割かが瞬間的に真値を出力できなくなる
ことが考えられる。このとき、データ決定回路出力にエ
ラーが発生する可能性があり、また真値の割合が変わる
ことにより不要な位相調整を行ってしまう可能性もあ
る。

【００１２】

【発明の目的】本発明は、従来技術の上述した課題に鑑
みなされたものであり、受信データに波形歪みが存在す
る場合にも、低エラーでデータ検出を可能にする高信頼
性のデータ受信方式を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
め、本発明によるデータ受信方式は次のような特徴的な
構成を採用している。

【００１４】（１）送信回路から伝送路を介して送信さ
れるデータ信号を、検出器を含む受信回路で受信して復
元し、データ出力を得るデータ受信方式において、前記
受信回路の前記検出器のデータ検出タイミングを制御回
路で調整し、送信されたデータ列と復元されたデータ列
との差を示すビットエラーレート（BER）が最少になる
最適タイミングに前記データ検出タイミングを設定する
データ受信方式。

【００１５】（２）前記受信回路に対する基準タイミン
グ信号として、前記送信回路から前記データ信号用の伝
送路と並行する伝送路を介してクロック信号が入力され
る上記（１）のデータ受信方式。

【００１６】（３）前記受信回路は、変化される検出タ
イミング毎に前記ビットエラーレートを検出するビット
エラーレート検出回路を内蔵する上記（１）又は（２）
のデータ受信方式。

【００１７】（４）実際のデータ伝送の前にテストモー
ドでテストデータを送信して前記制御回路のデータ検出
タイミングを調整する上記（３）のデータ受信方式。

【００１８】（５）前記受信回路は、前記設定された検
出タイミングを記憶保持する記憶手段を内蔵する上記
（１）乃至（４）のいずれかのデータ受信方式。

【００１９】（６）前記制御回路は、可変遅延回路であ
る上記（１）乃至（５）のいずれかのデータ受信方式。

【００２０】（７）送信側から所定のタイミングクロッ
クにより生成された送信データを受信側で受信し、受信
データから所定の検出タイミングで前記送信データを再
生するデータ受信方式において、前記受信側の検出タイ
ミングが、送信データ列と再生データ列との差を示すビ
ットエラーレート（BER）が最少になる最適タイミング
であるデータ受信方式。

【００２１】（８）送信回路から伝送路を介して送信さ
れるデータ信号から、複数の検出器を含む受信回路によ
り１データ期間中の複数のタイミングでデータを検出す
る伝送方式において、前記複数の検出器の検出値をBER
に応じて重み付け調整回路で重み付けし、それら検出値
の演算結果に基づきデータ決定回路で唯一つの出力デー
タを決定するデータ受信方式。

【００２２】（９）各検出器の検出値に対する前記BER
に基づく重み付けが、データ劣化の可能性の高い検出タ
イミングの検出データに対しては相対的に小さい重み付
けである上記（８）のデータ受信方式。

【００２３】（１０）前記受信回路は、変化される検出
タイミング毎に前記BERを検出するBER検出回路を内蔵す
る上記（８）または（９）のデータ受信方式。

【００２４】（１１）実際のデータ伝送の前にテストモ
ードでテストデータを送信して前記出力決定回路におけ
る各検出器出力に対する重み付けを調整する上記（８）
〜（１０）のいずれかのデータ受信方式。

【００２５】（１２）前記求められた複数の検出データ
に対する重み付けはメモリに記憶される上記（８）〜
（１１）のいずれかのデータ受信方式。

【００２６】（１３）送信回路から伝送路を介して送信
されるデータ信号から、複数の検出器を含む受信回路に
より１データ期間中の複数の所定のタイミングでデータ
を検出する伝送方式において、前記複数の検出器の検出
値に所定の重み付けを施し、それらデータの演算結果に
基づきデータ決定回路で唯一つの出力データを決定する
データ受信方式。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明によるデータ受信方
式の好適実施形態の構成および動作を、添付図面を参照
して詳細に説明する。

【００２８】先ず、図１は、本発明によるデータ受信方
式の第１実施形態の基本構成を示すブロック図である。
このデータ受信方式は、送信回路１、データ信号用伝送
路２、クロック信号用伝送路３および受信回路４により
構成される。また、受信回路４は、検出器５および可変
遅延回路６を含んでいる。遅延回路６には、伝送路３を
介して送信回路１から伝送されるクロック信号および外
部からの遅延制御信号が入力される。一方、検出器５に
は、伝送路２を介して送信回路１から送信されるデータ
および可変遅延回路６からの検出（タイミング）信号が
入力される。そして、検出器５から検出されたデータ出
力信号が出力される。

【００２９】図１のデータ受信方式において、送信回路
１は、デジタルデータを電気信号に変換してデータ（Da
ta）信号およびクロック（CLK）信号を出力する。これ
らデータ信号およびクロック信号は、それぞれ相互に並
行する伝送路２および３を介して受信回路４に伝送され
る。ここで、送信回路１および受信回路４間の伝送路２
および３は、同じ条件であると仮定する。従って、受信
回路４において、データ信号およびクロック信号の位相
は揃っており、クロック信号のパルスエッジはデータ信
号のエッジに等しい。

【００３０】受信回路４におけるデータ信号の検出タイ
ミングは、このデータ伝送系において予めシミュレーシ
ョン又は実際の動作により得られた伝送系の出力予想か
ら、データエッジに対するデータ検出タイミングを見積
もり、最適タイミングで検出するよう設定する。そのた
めに、例えばデータ信号と並行して伝送路３を介して伝
送されるクロック信号を遅延して、検出器５に対する検
出信号を発生する可変遅延回路６に対し、その遅延量を
制御する遅延制御信号を外部から入力する。

【００３１】次に、図２は、図１に示すデータ受信方式
における受信回路４の動作を説明するタイミングチャー
トである。図２（A）おいて、（a）はデータ信号、
（ｂ）はクロック信号および（ｃ）は可変遅延回路６の
遅延クロック信号である。図２（A）の（ｃ）に示す如
く、遅延クロック信号の立ち上がりおよび立ち下がりエ
ッジで検出器５が検出動作を行う。

【００３２】図２（B）は、受信回路４の可変遅延回路
６へ入力される遅延制御信号を設定する説明図である。
図２（B）において、（a）はデータ信号を示し、（ｂ）
はビットエラーレート（BER）を示す。即ち、上述した
遅延制御信号を変化させ、それぞれの設定値におけるBE
Rを評価する。そして、このBERが最小になる検出タイミ
ングを最適検出タイミングとして設定する。ここで、BE
Rは、伝送路２の伝送特性のみならず、雑音やクロック
信号ジッタを考慮した値であることに注目されたい。各
種雑音を含む信号は伝送系のエラー確率を推定する方法
は、例えば「Performance Evaluationof High Speed Se
rial Links」（Bilal Ahmad et al., 2001 Wireless an
d Optical Broadband Conference）等に解説されている
ので、参照されたい。

【００３３】次に、図３を参照して、本発明のデータ受
信方式の第２実施形態を説明する。このデータ受信方式
は、送信回路１、データ信号用伝送路２、クロック信号
用伝送路３および受信回路４aにより構成される。受信
回路４aは、検出器５、可変遅延回路６およびBER検出回
路７を有する。送信回路１から出力されるデータ信号お
よびクロック信号が、それぞれ伝送路２および３を介し
て、検出器５および可変遅延回路６に入力される。BER
検出回路７は、検出器５の検出データおよびテストデー
タ信号が入力され、遅延制御信号を可変遅延回路６に対
して出力する。また、可変遅延回路６は、遅延クロック
信号である検出信号を検出器５に対して出力する。

【００３４】図３に示すデータ受信方式は、受信回路４
aにBER検出回路７が内蔵されている点で図１と異なる。
図３のデータ受信方式では、データを伝送する通常動作
とは別に、適切なデータ検出タイミングを決定するテス
トモードで、伝送路特性を考慮した適切なタイミングを
設定する。テストモードで、送信回路１から予め決めら
れた規定のテストデータ（Test Data）信号を、伝送路
２を介して送信する。このとき、受信回路４a(の検出器
５)から出力される検出データと、BER検出回路７に入力
されるテストデータと同じテスト信号（例えば、受信回
路４に内蔵されている回路から生成される）とを比較す
る。

【００３５】そして、上述した図１の実施形態と同様に
可変遅延回路６により検出タイミングをシフトさせる。
かかる処理を経てBERが最小になる最適検出タイミング
を決定し、決定されたタイミングでデータを検出する。
こうして決定されたタイミングは、例えば半導体メモリ
（RAM）等の内蔵する記憶手段（図示せず）に記憶保存
する。一度最適検出タイミングが設定されると、伝送条
件が変更されない限り、系の立ち上げ毎にテストを行う
必要はない（記憶した設定値に設定する）。尚、クロッ
ク信号を伝送しない場合でも、受信回路４aにデータ／
クロック信号の位相調整回路を設けることで対応可能で
ある。

【００３６】次に、図４は、本発明によるデータ受信方
式の第３実施形態の構成を示すブロック図である。この
実施形態は、オーバーサンプリング方式の受信回路を採
用している。即ち、送信回路１、伝送路２、オーバーサ
ンプリング方式受信回路８、位相調整回路１１および重
み付け調整回路１２により構成される。受信回路８に
は、複数の検出回路９（ａ）〜９（ｎ）および重み付け
演算可能なデータ決定回路１０を含んでいる。

【００３７】図４に示すデータ受信方式では、１データ
期間内において複数（少なくとも２回以上）のデータ検
出を、それぞれ異なる検出タイミングの検出器９（ａ）
〜９（ｎ）で行い、各出力を比較し、データを推定し、
データ決定回路１０で唯一のデータを出力する。また、
このデータ決定回路１０に入力される各検出器９の出力
からデータ信号の位相のずれを検知し、位相調整回路１
１を使用して位相調整可能である。ここで、重み付け調
整回路１２を使用して、各検出器９の出力に対する重み
を任意に決定し、データ決定回路１０に対して出力す
る。その値に応じてデータ決定回路１０は、入力する複
数のサンプリング出力に対し重み付け演算を可能にす
る。

【００３８】ここで、適切な検出タイミングにおけるサ
ンプリングデータに対する重みを大きくし、逆に波形の
歪みにより出力が不確定になる可能性があるタイミング
又はエラーが発生する可能性があるタイミングに関して
は重みを小さくする。図５に、３倍オーバーサンプリン
グの具体例のタイミングチャートを示す。図５におい
て、（a）はデータ、（ｂ）はBERおよび（ｃ）は矢印の
長さで重み付けの大きさを示す。BERが低い期間の重み
付け（Ｗ２）を大きくし、BERが中位のとき重み付け
（Ｗ１）を中位とし、BERが高い期間の重み付け（Ｗ
３）を最小にする。これにより、各検出器９のデータの
推定に貢献する割合を調整し、受信回路８からの出力デ
ータに関してエラー確率を軽減することが可能になる。

【００３９】以上、本発明によるデータ受信方式の好適
実施形態の構成および動作を詳述した。しかし、斯かる
実施形態は、本発明の単なる例示に過ぎず、何ら本発明
を限定するものではない。本発明の要旨を逸脱すること
なく、特定用途に応じて種々の変形変更が可能であるこ
と、当業者には容易に理解できよう。

【００４０】

【発明の効果】以上の説明から理解される如く、本発明
のデータ受信方式によると、次の如き実用上の顕著な効
果が得られる。即ち、伝送路の伝送特性に応じてBERが
最小になるように受信回路の検出器の検出タイミングを
調整するので、波形歪み等による検出エラーを低減し、
データ信頼性を改善することが可能である。一度設定し
た最適遅延時間は、内蔵メモリ等に記憶保存するので、
伝送条件（伝送路や伝送速度等）が変化しない限り再設
定は不要である。換言すると、伝送条件が変化又は切り
替えられる毎に最適遅延時間を設定又は選択することが
可能である。また、本発明は、実施例に示したとおりオ
ーバーサンプリング方式にもBERに応じた重み付けとい
う方法で適用可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるデータ受信方式の第１実施形態の
構成を示すブロック図である。

【図２】図１に示すデータ受信方式の動作説明用のタイ
ミングチャートである。

【図３】本発明によるデータ受信方式の第２実施形態の
構成を示すブロック図である。

【図４】本発明によるデータ受信方式の第３実施形態の
構成を示すブロック図である。

【図５】図４に示すデータ受信方式の動作説明用タイミ
ングチャートである。

【図６】電気信号からのデータ抽出技法の説明図であ
る。

【図７】データ検出エラーの発生原因の説明図である。

【図８】従来のデータ検出方法を説明するタイミングチ
ャートである。

【図９】従来のオーバーサンプリング方式のデータ伝送
系の構成図である。

【符号の説明】

１送信回路２、３伝送路４、４a 受信回路５検出器６可変遅延回路７ BER検出回路８受信回路９検出器１０データ決定回路１１位相調整回路１２重み付け調整回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】送信回路から伝送路を介して送信されるデ
ータ信号を、検出器を含む受信回路で受信して復元し、
データ出力を得るデータ受信方式において、前記受信回路の前記検出器のデータ検出タイミングを制
御回路で調整し、送信されたデータ列と復元されたデー
タ列との差を示すビットエラーレート（BER）が最少に
なる最適タイミングに前記データ検出タイミングを設定
することを特徴とするデータ受信方式。
【請求項２】前記受信回路に対する基準タイミング信号
として、前記送信回路から前記データ信号用の伝送路と
並行する伝送路を介してクロック信号が入力されること
を特徴とする請求項１に記載のデータ受信方式。
【請求項３】前記受信回路は、変化される検出タイミン
グ毎に前記ビットエラーレートを検出するビットエラー
レート検出回路を内蔵することを特徴とする請求項１又
は２に記載のデータ受信方式。
【請求項４】実際のデータ伝送の前にテストモードでテ
ストデータを送信して前記制御回路のデータ検出タイミ
ングを調整することを特徴とする請求項３に記載のデー
タ受信方式。
【請求項５】前記受信回路は、前記設定された検出タイ
ミングを記憶保持する記憶手段を内蔵することを特徴と
する請求項１乃至４のいずれかに記載のデータ受信方
式。
【請求項６】前記制御回路は、可変遅延回路であること
を特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のデータ
受信方式。
【請求項７】送信側から所定のタイミングクロックによ
り生成された送信データを受信側で受信し、受信データ
から所定の検出タイミングで前記送信データを再生する
データ受信方式において、前記受信側の検出タイミングが、送信データ列と再生デ
ータ列との差を示すビットエラーレート（BER）が最少
になる最適タイミングであることを特徴とするデータ受
信方式。
【請求項８】送信回路から伝送路を介して送信されるデ
ータ信号から、複数の検出器を含む受信回路により１デ
ータ期間中の複数のタイミングでデータを検出する伝送
方式において、前記複数の検出器の検出値をBERに応じて重み付け調整
回路で重み付けし、それら検出値の演算結果に基づきデ
ータ決定回路で唯一つの出力データを決定することを特
徴とするデータ受信方式。
【請求項９】各検出器の検出値に対する前記BERに基づ
く重み付けが、データ劣化の可能性の高い検出タイミン
グの検出データに対しては相対的に小さい重み付けであ
ることを特徴とする請求項８に記載のデータ受信方式。
【請求項１０】前記受信回路は、変化される検出タイミ
ング毎に前記BERを検出するBER検出回路を内蔵すること
を特徴とする請求項８または９に記載のデータ受信方
式。
【請求項１１】実際のデータ伝送の前にテストモードで
テストデータを送信して前記出力決定回路における各検
出器出力に対する重み付けを調整することを特徴とする
請求項８〜１０のいずれかに記載のデータ受信方式。
【請求項１２】前記求められた複数の検出データに対す
る重み付けはメモリに記憶されることを特徴とする請求
項８〜１１のいずれかに記載のデータ受信方式。
【請求項１３】送信回路から伝送路を介して送信される
データ信号から、複数の検出器を含む受信回路により１
データ期間中の複数の所定のタイミングでデータを検出
する伝送方式において、前記複数の検出器の検出値に所定の重み付けを施し、そ
れらデータの演算結果に基づきデータ決定回路で唯一つ
の出力データを決定することを特徴とするデータ受信方
式。