JP2006191405A - Semiconductor integrated circuit for radio communication and radio communication apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、無線通信制御技術さらには無線通信処理部とアプリケーション処理部とがそれぞれ別個のクロック生成回路により生成されたクロック信号により動作するように構成された無線通信装置おいてアナログサンプリングクロックをそれらのクロック信号を同期させる技術に関し、例えばブルートゥース通信規格の無線通信用IC(半導体集積回路)およびそれを用いた無線通信装置に利用して特に有効な技術に関する。 The present invention relates to a radio communication control technique, and further to an analog sampling clock in a radio communication apparatus configured so that a radio communication processing unit and an application processing unit are operated by clock signals generated by separate clock generation circuits. For example, the present invention relates to a technique that is particularly effective when used for a wireless communication IC (semiconductor integrated circuit) of the Bluetooth communication standard and a wireless communication apparatus using the same.
無線通信規格の1つにブルートゥースと呼ばれ、2.4GHz〜2.48GHzの周波数帯を使用し短距離無線通信を行うものがある。ブルートゥース規格の無線通信方式は、所定量のデータにヘッダを付けて送信するパケット通信方式であり、再送機能を持つ非同期通信(ACL:Asynchronous Connectionless)と、再送機能を持たず所定の周期でパケットの送信を行なう同期通信(SCO:Synchronous Connection Oriented)の2つの通信モードを備え、それぞれ時分割で送信と受信を行なう。 One of the wireless communication standards is called Bluetooth and performs short-range wireless communication using a frequency band of 2.4 GHz to 2.48 GHz. The Bluetooth standard wireless communication system is a packet communication system that transmits a predetermined amount of data with a header, and includes asynchronous communication (ACL: Asynchronous Connectionless) having a retransmission function and packet transmission at a predetermined cycle without a retransmission function. Two communication modes of synchronous communication (SCO: Synchronous Connection Oriented) for transmission are provided, and transmission and reception are performed in time division.
また、ブルートゥース通信では、マスタ機器とスレーブ機器との間でクロック信号(以下、単にクロックと称する)の同期をとるとともに通信接続を確立するために、ブルートゥースクロックと呼ばれる3.2kHzのクロック信号に基づき、3.2kHzの2倍の周期(625μs)でパケットデータの交換が行なわれる。 In Bluetooth communication, a clock signal (hereinafter simply referred to as a clock) is synchronized between a master device and a slave device, and a communication connection is established, based on a 3.2 kHz clock signal called a Bluetooth clock. Packet data is exchanged at a period twice that of 3.2 kHz (625 μs).
ブルートゥース通信が可能なデバイスは、非同期通信と同期通信を自由に使い分けて通信を行なうことができ、テキストデータのように高い信頼性を必要とするデータを送信したい場合には非同期通信を使用し、音声データやのようにリアルタイム性が要求されるデータの送信には同期通信を使用するというような使い分けが行なわれる。 Devices that are capable of Bluetooth communication can communicate by freely using asynchronous communication and synchronous communication. If you want to send data that requires high reliability, such as text data, use asynchronous communication. For transmission of data such as audio data that requires real-time performance, the use of synchronous communication is performed.
上記のようにブルートゥース通信においては、無線通信処理部側ではマスタ機器とスレーブ機器との間でクロックの同期をとって通信接続を確立するためにブルートゥースクロックが用いられる一方、アプリケーション処理部側では音声の再生に適した速度で音声データを転送したり処理したりする必要があるため、無線通信処理部側とは異なるクロックが用いられている。しかしながら、このように無線通信処理部とアプリケーション処理部とをそれぞれ互いに同期の取れていない別個のクロックで動作させるようにすると、クロックの位相ずれによって無線通信処理部とアプリケーション処理部との間でデータをやり取りする際にデータ抜けが発生するおそれがある。特に、通信デバイスが移動することによって周波数の変化が生じることがあり、それによってアプリケーション処理部のクロックとの位相ずれが大きくなり、データ抜けが起き易い。 As described above, in Bluetooth communication, a Bluetooth clock is used on the wireless communication processing unit side to establish a communication connection by synchronizing the clock between the master device and the slave device, while the application processing unit side uses audio. Since it is necessary to transfer and process the audio data at a speed suitable for reproduction of the data, a clock different from that on the wireless communication processing unit side is used. However, if the wireless communication processing unit and the application processing unit are operated with separate clocks that are not synchronized with each other as described above, data is transferred between the wireless communication processing unit and the application processing unit due to a clock phase shift. There is a risk of data loss when exchanging data. In particular, the frequency of the communication device may change due to movement of the communication device, thereby causing a large phase shift from the clock of the application processing unit, and data loss is likely to occur.
従来のブルートゥース通信システムではこのようなデータ抜けを防止するため、無線通信処理部とアプリケーション処理部との間にバッファメモリを介在させるようにした発明(特許文献1)や無線通信処理部のクロックとアプリケーション処理部のクロックを同期させるため、一方のクロックを基準クロックとするPLL回路によって他方のクロックを生成するようにした発明(特許文献2)が提案されている。
しかしながら、無線通信処理部とアプリケーション処理部との間にバッファメモリを介在させる技術にあっては、データ抜けを確実に防止するにはバッファメモリの容量を大きくしなければならないがバッファメモリの容量を大きくするとチップサイズが増大してコストアップを招く一方、バッファメモリの容量を小さくするとメモリがオーバーフローを起こしたりアンダーフローを起こしたりしてデータ抜けが発生するという不具合がある。なお、オーバーフローやアンダーフローの対策としては、データ破棄処理やデータ補間処理があるが、再送機能を持たない同期通信による音声データの送信ではデータが欠落するとデータ補間では音声の再生品質が低下するという課題がある。 However, in the technique in which a buffer memory is interposed between the wireless communication processing unit and the application processing unit, the capacity of the buffer memory must be increased in order to reliably prevent data loss. If the size is increased, the chip size increases and the cost is increased. On the other hand, if the capacity of the buffer memory is reduced, the memory overflows or underflows, resulting in data loss. As countermeasures against overflow and underflow, there are data discarding processing and data interpolation processing. However, if data is lost in the transmission of audio data by means of synchronous communication that does not have a retransmission function, the data reproduction quality will be degraded by data interpolation. There are challenges.
また、PLL回路を利用したクロック生成回路を用いる技術にあっては、周知のようにPLL回路は電圧制御発振回路や位相比較回路、ループフィルタなどからなる規模の大きな回路であるため、チップサイズが増大してコストアップを招くとともに、消費電力が大きくなり電池で動作する携帯機器では電池の寿命が短くなるという課題がある。 Further, in the technology using a clock generation circuit using a PLL circuit, as is well known, the PLL circuit is a large-scale circuit including a voltage controlled oscillation circuit, a phase comparison circuit, a loop filter, and the like. In addition to increasing costs and increasing power consumption, portable devices that operate on batteries have a problem of shortening the battery life.
本発明の目的は、ブルートゥース通信デバイスのような無線通信装置において、無線通信処理部とアプリケーション処理部との間でデータをやり取りする際にデータ抜けが発生するのを防止することができる技術を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a technique capable of preventing occurrence of data loss when data is exchanged between a wireless communication processing unit and an application processing unit in a wireless communication device such as a Bluetooth communication device. There is to do.
また、本発明の他の目的は、ブルートゥース通信デバイスのような無線通信装置において、大規模な回路を用いることなく無線通信処理部とアプリケーション処理部との間でデータをやり取りする際にデータ抜けが発生するのを防止しチップサイズの低減および消費電力の低減を図ることができる技術を提供することにある。 Another object of the present invention is to prevent data loss when exchanging data between a wireless communication processing unit and an application processing unit without using a large-scale circuit in a wireless communication device such as a Bluetooth communication device. It is an object of the present invention to provide a technique capable of preventing the occurrence and reducing the chip size and the power consumption.
さらに、本発明の他の目的は、ブルートゥース通信のような再送機能を持たない同期通信モードによる音声通信機能や動画像通信機能を備える場合に、受信側で再生される音声や映像の品質の低下を防止し、通信品質の向上を図ることができる通信制御技術および無線通信装置を提供することにある。 Furthermore, another object of the present invention is to reduce the quality of audio and video reproduced on the receiving side when the audio communication function and the moving image communication function are provided in a synchronous communication mode without a retransmission function such as Bluetooth communication. It is an object to provide a communication control technique and a wireless communication apparatus that can prevent communication and improve communication quality.
この発明の前記ならびにそのほかの目的と新規な特徴については、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。 The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を説明すれば、下記のとおりである。
すなわち、本発明は、無線通信プロトコル処理回路と送信すべきアナログ信号をサンプリングするサンプリング回路によりサンプリングされた信号を処理あるいは受信したデータを処理して上記サンプリング回路に渡すデータ処理回路とを備えたブルートゥース通信デバイスのような無線通信装置において、上記データ処理回路を動作させるクロックで無線通信処理回路を動作させるクロックに同期したクロックをサンプリングすることによって上記サンプリング回路を動作させるクロックを生成するようにしたものである。
Outlines of representative ones of the inventions disclosed in the present application will be described as follows.
That is, the present invention provides a Bluetooth including a wireless communication protocol processing circuit and a data processing circuit that processes a signal sampled by a sampling circuit that samples an analog signal to be transmitted or processes received data and passes the data to the sampling circuit. In a wireless communication apparatus such as a communication device, a clock for operating the sampling circuit is generated by sampling a clock synchronized with a clock for operating the wireless communication processing circuit with a clock for operating the data processing circuit. It is.
上記した手段によれば、無線通信処理用のクロックと送信すべきアナログ信号のサンプリングクロックとが同期されるため無線通信処理部(無線通信プロトコル処理回路)とアプリケーション処理部(データ処理回路)との間でデータをやり取りする際にデータ抜けが発生するのを防止することができるとともに、PLL回路のようなフィードバックパスを持たないオープンループの同期化回路により無線通信処理部のクロックとアプリケーション処理部のクロックを同期させることができるため、大規模な回路を用いることなくデータ抜けが発生するのを防止しチップサイズの低減および消費電力の低減を図ることができる。 According to the above-described means, since the clock for wireless communication processing and the sampling clock of the analog signal to be transmitted are synchronized, the wireless communication processing unit (wireless communication protocol processing circuit) and the application processing unit (data processing circuit) Data can be prevented from being lost when data is exchanged between them, and the clock of the wireless communication processing unit and the application processing unit can be controlled by an open loop synchronization circuit that does not have a feedback path such as a PLL circuit. Since the clocks can be synchronized, data loss can be prevented without using a large-scale circuit, and the chip size and power consumption can be reduced.
また、再送機能を持たない同期通信モードにより音声データや動画像データを送信する場合に、データ抜けが発生するのを防止できるためデータの補間処理が不要になって、受信側で再生される音声や映像の品質の低下を防止し、通信品質の向上を図ることができるようになる。 In addition, when audio data or moving image data is transmitted in a synchronous communication mode that does not have a retransmission function, it is possible to prevent data loss, so that no data interpolation processing is required, and audio that is played back on the receiving side. And the quality of video can be prevented from being lowered and communication quality can be improved.
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記のとおりである。
すなわち、本発明に従うと、ブルートゥース通信デバイスのような無線通信装置において、無線通信処理部とアプリケーション処理部との間でデータをやり取りする際にデータ抜けが発生するのを防止して通信の信頼性を向上させることができる。
The effects obtained by the representative ones of the inventions disclosed in the present application will be briefly described as follows.
That is, according to the present invention, in a wireless communication device such as a Bluetooth communication device, data is prevented from being lost when data is exchanged between the wireless communication processing unit and the application processing unit, thereby improving communication reliability. Can be improved.
以下、本発明の好適な実施例を図面に基づいて説明する。
本発明を適用して最も好適な無線通信装置は、ブルートゥース通信機能を備えた無線通信装置である。ブルートゥース通信機能を備えた無線通信装置の具体例としては、例えばオーディオプレーヤからのオーディオデータを受信して再生するワイヤレスヘッドホンや携帯電話機との間で音声通信を行なってハンズフリー通話を可能にするヘッドセットがある。
Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
The most suitable wireless communication apparatus to which the present invention is applied is a wireless communication apparatus having a Bluetooth communication function. As a specific example of a wireless communication device having a Bluetooth communication function, for example, a wireless headphone that receives and reproduces audio data from an audio player or a head that enables a hands-free call by performing voice communication with a mobile phone There is a set.
ブルートゥース規格は、携帯電話機とヘッドセットあるいは携帯電話機とヘッドセットの各々に内蔵されるブルートゥース通信デバイスがそれぞれ別のベンダから提供されたものであっても相互接続を保証する規格である。携帯電話機とヘッドセットの各々に内蔵されるブルートゥース通信デバイスがどちらか一方でもブルートゥース規格(プロトコル)から外れた独自機能を持つ場合に相互に接続できない。このように所定の規格で相互に通信を行う通信デバイス間において、所定の規格から外れた独自機能を持つ場合には相互に接続できなくなるような性質を相互接続性(インタオペラビリティ)という。 The Bluetooth standard is a standard that guarantees mutual connection even when the Bluetooth communication device built in each of the mobile phone and the headset or the mobile phone and the headset is provided by different vendors. If the Bluetooth communication device built into each of the mobile phone and the headset has a unique function that is out of the Bluetooth standard (protocol), they cannot be connected to each other. Such a property that communication devices that communicate with each other according to a predetermined standard cannot be connected to each other when having a unique function that is out of the predetermined standard is called interoperability.
なお、ブルートゥース通信を行なう一方の電子機器(親機)には液晶パネルなどの表示機能、テンキーを使って入力操作機能などの複数の機能が設けられており、本明細書ではそれらの機能のうちブルートゥース通信をサポートするIC(半導体集積回路)あるいは複数のICや電子部品を絶縁基板上やセラミックパッケージ内に実装してブルートゥース通信機能を有するようにしたモジュールなどの電子デバイスをブルートゥース通信デバイスと称する。 Note that one electronic device (base device) that performs Bluetooth communication has a plurality of functions such as a display function such as a liquid crystal panel and an input operation function using a numeric keypad. An electronic device such as an IC (semiconductor integrated circuit) that supports Bluetooth communication or a module in which a plurality of ICs and electronic components are mounted on an insulating substrate or in a ceramic package so as to have a Bluetooth communication function is referred to as a Bluetooth communication device.
図1は、ブルートゥース規格に従った通信機能を備えたブルートゥース通信デバイスの第1の実施例の構成を示す。
図1に示されているように、この実施例のブルートゥース通信デバイスは、大きく分けると、アンテナANTを介してデータの送受信を行なう無線通信処理部110と、送信データを符号化したり受信データを複合化するなどアプリケーションに応じた処理を行なうアプリケーション処理部120と、それらを制御する制御部130とからなる。また、無線通信処理部110とアプリケーション処理部120との間には、データ転送速度の差を吸収するためのバッファメモリ140が設けられている。
FIG. 1 shows a configuration of a first embodiment of a Bluetooth communication device having a communication function according to the Bluetooth standard.
As shown in FIG. 1, the Bluetooth communication device of this embodiment can be roughly divided into a wireless
無線通信処理部110は、送信信号のアップコンバート機能や変調機能、増幅機能、受信信号の増幅機能や復調機能、ダウンコンバート機能などを備える物理層(無線レイヤ)としての高周波信号処理部111と、該高周波信号処理部111により送受信されるデータをブルートゥース通信プロトコルに従って処理したり通信相手のデバイスとの間の通信接続状態を確立したりパケットの分析、解読、再構築などを行なったりするプロトコル処理回路としてのベースバンド制御部112、高周波信号処理部111やベースバンド制御部112の動作、データ転送に必要なクロックφRF,φBBを生成するクロック生成部113などから構成される。
The radio
ベースバンド制御部112は、機能的にはいわゆるリンクコントローラや該リンクコントローラと物理層との間のリンク制御を管理するリンクマネージャなどからなり、ハードウェアとしてはマイクロプロセッサ(CPU)とその動作プログラムを格納したメモリなどで構成される。高周波信号処理部111は通信相手のデバイスからの受信信号に基づいて同期通信のためのタイミング信号φtを生成してクロック生成部113へ供給し、クロック生成部113はこのタイミング信号φtに合わせて高周波信号処理部111やベースバンド制御部112へ供給するクロックφRF,φBBを生成することによりブルートゥースの同期通信が可能とされる。また、クロック生成部113は、アプリケーション処理部120とのデータ転送の同期を取るための同期クロックφscを生成する。
The
制御部130は、システム全体を所定のシーケンスに従って制御したりブルートゥース通信プロトコルに従って無線通信処理部110に対する制御信号を生成したりするもので、ハードウェアとしてはマイクロプロセッサ(CPU)131とその動作プログラムを格納したメモリ132とクロック生成部133などから構成される。クロック生成部133は、CPU131の動作クロックφcpuやアプリケーション処理部120で使用される転送クロックφTXを生成する。
The
アプリケーション処理部120は、音声データの圧縮や伸長などの処理や送信信号のAD変換処理、受信データのDA変換処理を行なう音声入出力処理部121や、該音声入出力処理部121の入り口に設けられたオーディオ信号のようなアナログ信号を取り込むサンプリング回路のサンプリングクロックφsを生成するクロック同期処理部122などからなる。クロック同期処理部122は、無線通信処理部110のクロック生成部113からの同期クロックφscを、制御部130のクロック生成部133からの転送クロックφTXでサンプリングすることでφscに同期したサンプリングクロックφsを生成する。
The
また、アプリケーション処理部120には、無線通信処理部110からのデータのデパケット化や無線通信処理部110へ渡すデータのパケット化を行なったりするLLCAプロトコル部、通信相手の機器の有効なサービスの確認を行なうSDプロトコル部、RS−232CをエミュレートするSCEプロトコル部、アプリケーションとブルートゥース通信プロトコルとの橋渡しを担い機器固有の通信手順を製品の特性ごとに標準化したプロファイル部などの機能が設けられる。
The
図2には、上記クロック生成部113,133およびクロック同期処理部122の構成と相互関係が示されている。無線通信処理部110のクロック生成部113は、RF送受信処理部111で必要なRFクロックφRFを生成するRF用の発振回路OSC1と、該発振回路の発振出力φRFを分周してベースバンド制御部112で必要なデータ転送クロックφBB、同期用のクロックφscを生成する分周回路DIV1とから構成される。また、制御部130のクロック生成部133は、CPUクロックφcpuを生成する発振回路OSC2と、該発振回路の発振出力φcpuを分周して音声入出力処理部121で必要なアプリケーションデータ転送クロックφTXを生成する分周回路DIV2とから構成される。
FIG. 2 shows the configurations and the interrelationships of the
クロック同期処理部122は、縦属接続されたD型フリップフロップFF1,FF2で構成され、前段のフリップフロップFF1のデータ端子Dに無線通信処理部110からの同期クロックφscが入力され、FF1,FF2のクロック端子CKにアプリケーションデータ転送クロックφTXとその反転クロック/φTXが入力されることにより、クロックφscをクロックφTXでサンプリングしてφscに同期したサンプリングクロックφsを生成する。
The clock
図3に上記各クロックのタイミングの一例が示されている。RFクロックφRFとアプリケーションデータ転送クロックφTXはそれぞれ13MHzと20MHzのような高い周波数のクロックとされ、同期クロックφscとサンプリングクロックφsはそれぞれ8KHzのような低い周波数のクロックとされる。なお、ベースバンド制御部112へ供給されるクロックφBBはブルートゥース通信の周期を決定するブルートゥースクロックと呼ばれる基準クロック信号で3.2kHzのような周波数とされる。また、CPUクロックφcpuは、数100MHzのような周波数とされる。
FIG. 3 shows an example of the timing of each clock. The RF clock φRF and the application data transfer clock φTX are high-frequency clocks such as 13 MHz and 20 MHz, respectively, and the synchronous clock φsc and the sampling clock φs are low-frequency clocks such as 8 KHz, respectively. The clock φBB supplied to the
図3に示されているように、アプリケーションデータ転送クロックφTXの立ち上がりの時点T1で同期クロックφscがハイレベルであると、これを取り込むことによってクロック同期処理部122から出力されるサンプリングクロックφsがハイレベルに変化し、φTXの次の立ち上がりの時点T2でφscがロウレベルであると、これを取り込むことによってクロック同期処理部122から出力されるサンプリングクロックφsがロウレベルに変化する。
As shown in FIG. 3, if the synchronization clock φsc is at a high level at the time T1 when the application data transfer clock φTX rises, the sampling clock φs output from the clock
8KHzの同期クロックφscは13MHzのRFクロックφRFを分周することで生成され、これを20MHzのアプリケーションデータ転送クロックφTXでサンプリングしてφsを生成しているので、生成された上記サンプリングクロックφsは、(8KHz±α)の周波数を有しており、αの最大値はアプリケーションデータ転送クロックφTXの周波数分であり、ここでは20MHzとなる。したがって、サンプリングクロックφsの周波数の変動幅は8KHzを中心に±0.04%に過ぎないので、ほぼ同期が取れているとみなすことができる。これによって、無線通信処理部110側のデータ転送処理とアプリケーション処理部120側のサンプリング処理の同期を取ることが可能になる。又、上記のようにサンプリングクロックφsの周波数の変動幅があるために、バッファ140を設けてデータ抜けを防止した方が、より高精度なデータ処理を行うことができるが、サンプリングクロックφsの周波数の変動幅は大した大きさではない為に、従来と比べてバッファ140のメモリ容量は小さなものでも問題はない。
The 8 KHz synchronous clock φsc is generated by dividing the 13 MHz RF clock φRF, and this is sampled with the 20 MHz application data transfer clock φTX to generate φs. Therefore, the generated sampling clock φs is It has a frequency of (8 KHz ± α), and the maximum value of α is the frequency of the application data transfer clock φTX, which is 20 MHz here. Therefore, since the fluctuation range of the frequency of the sampling clock φs is only ± 0.04% centering on 8 KHz, it can be considered that the synchronization is almost achieved. This makes it possible to synchronize the data transfer processing on the wireless
次に、本発明の第2の実施例としてオーディオプレーヤとワイヤレスヘッドホンのようなオーディオデータの通信を行なうブルートゥース通信デバイスに好適な実施例を説明する。
DVオーディオ規格では、32kHzと44.1kHzと48kHzの3種類のサンプリングモードが既定されている。したがって、ブルートゥース通信でオーディオデータを送信する場合、これら3種類のサンプリングモードのいずれでサンプリングされたオーディオデータであっても扱うことできることが望ましい。ここでは、一例として、32kHzと48kHzの2つのサンプリング周波数に対応できるデバイスを設計する場合の各クロックの周波数プランを、図4を用いて説明する。
Next, as a second embodiment of the present invention, an embodiment suitable for a Bluetooth communication device for communicating audio data such as an audio player and wireless headphones will be described.
In the DV audio standard, three types of sampling modes of 32 kHz, 44.1 kHz, and 48 kHz are defined. Therefore, when transmitting audio data by Bluetooth communication, it is desirable that audio data sampled in any of these three types of sampling modes can be handled. Here, as an example, the frequency plan of each clock when designing a device that can handle two sampling frequencies of 32 kHz and 48 kHz will be described with reference to FIG.
RFクロックφRFとアプリケーションデータ転送クロックφTXは、第1の実施例と同様にそれぞれ13MHzと20MHzのような高い周波数のクロックとされ、同期クロックφscは32kHzと48kHzの最小公倍数である96KHzを選択する。つまり、RFクロックφRFを分周して96KHzの同期クロックφscを生成できるように、図2の分周回路DIV1が設計される。サンプリングクロックφsは、送信すべきオーディオデータのサンプリングモードに応じて32KHzまたは48kHzとされる。なお、ベースバンド制御部112へ供給されるクロックφBBは3.2kHz、CPUクロックφcpuは数100MHzのような周波数とされる。
The RF clock φRF and the application data transfer clock φTX are high-frequency clocks such as 13 MHz and 20 MHz, respectively, as in the first embodiment, and the synchronization clock φsc is 96 kHz which is the least common multiple of 32 kHz and 48 kHz. That is, the frequency dividing circuit DIV1 of FIG. 2 is designed so that the 96 kHz synchronous clock φsc can be generated by dividing the RF clock φRF. The sampling clock φs is set to 32 KHz or 48 kHz depending on the sampling mode of audio data to be transmitted. The clock φBB supplied to the
この実施例においても、図4に示されているように、アプリケーションデータ転送クロックφTXの立ち上がりのタイミングT1で同期クロックφscを取り込むことによってクロック同期処理部122から出力されるサンプリングクロックφsがハイレベルに変化し、φTXの次の立ち上がりのタイミングT2でφscを取り込むことによって出力されるサンプリングクロックφsがロウレベルに変化する。同期クロックφscとして32kHzと48kHzの最小公倍数である96KHzを選択することにより、32kHzまたは48kHzのいずれのサンプリングモードのオーディオデータであっても、無線通信処理部110とアプリケーション処理部120との間でデータ抜けを起こさずに転送することが可能となる。
Also in this embodiment, as shown in FIG. 4, the sampling clock φs output from the clock
なお、この実施例の周波数プランでは、同期クロックφscの周波数として32kHzと48kHzの最小公倍数である96KHzを選択したが、それに限定されずその整数倍すなわち公倍数であればよい。また、RFクロックφRFを分周する分周回路DIV1として可変分周回路を使用し、96KHz固定の同期クロックφscを生成する代わりに、サンプリングモードに応じて可変分周回路を切り替えて32kHzまたは48kHzの同期クロックφscを生成して出力できるように構成しても良い。 In the frequency plan of this embodiment, 96 kHz, which is the least common multiple of 32 kHz and 48 kHz, is selected as the frequency of the synchronous clock φsc. However, the present invention is not limited to this and may be an integral multiple, that is, a common multiple. Further, instead of using a variable frequency dividing circuit as the frequency dividing circuit DIV1 that divides the RF clock φRF and generating a synchronous clock φsc fixed at 96 KHz, the variable frequency dividing circuit is switched according to the sampling mode to 32 kHz or 48 kHz. The synchronous clock φsc may be generated and output.
また、送信すべきオーディオデータが32KHzまたは44.1kHzの場合には、「32」と「44.1」の最小公倍数あるいは近似的に「32」と「44」の最小公倍数である352KHzまたはその整数倍の周波数を選択するようにしてもよい。さらに、送信すべきオーディオデータが32KHzまたは44.1kHzまたは48kHzの場合には、「32」と「44.1」と「48」の最小公倍数あるいは近似的に「32」と「44」と「48」の最小公倍数である1056KHzまたはその整数倍の周波数を選択するようにしてもよい。 When the audio data to be transmitted is 32 KHz or 44.1 kHz, 352 KHz which is the least common multiple of “32” and “44.1” or approximately the least common multiple of “32” and “44” or an integer thereof. You may make it select a double frequency. Further, when the audio data to be transmitted is 32 kHz, 44.1 kHz, or 48 kHz, the least common multiple of “32”, “44.1”, and “48” or approximately “32”, “44”, and “48”. The frequency of 1056 KHz, which is the least common multiple of ", or an integer multiple thereof, may be selected.
次に、第2の実施例の変形例を、図5を用いて説明する。
この変形例は、32kHzと48kHzの2つのサンプリング周波数に対応できるデバイスを設計する場合の各クロックの周波数プランの他の例であり、図4の周波数プランとの違いは、アプリケーションデータ転送クロックφTXとして20MHzの代わりにそれよりも高い30MHzの周波数のクロックを用いる点にある。この変形例を適用することにより、サンプリングクロックφsを生成するための同期クロックφscの判定回数が増加するため、第2の実施例に比べてより同期ずれを小さくできるという利点がある。
Next, a modification of the second embodiment will be described with reference to FIG.
This modification is another example of the frequency plan of each clock when designing a device that can handle two sampling frequencies of 32 kHz and 48 kHz. The difference from the frequency plan of FIG. 4 is that the application data transfer clock φTX Instead of 20 MHz, a clock with a higher frequency of 30 MHz is used. By applying this modification, the number of determinations of the synchronous clock φsc for generating the sampling clock φs increases, so that there is an advantage that the synchronization shift can be made smaller than in the second embodiment.
具体的には、サンプリングクロックφsの周波数のブレ(α)を、±20MHzから±30MHzつまり±0.04%から±0.027%に小さくすることができる。30MHzの周波数のクロックφTXの代わりに40MHzの周波数のクロックφTXを用いるようにしてもよい。この変形例によれば、特にオーディオデータを送信するデバイスに適用した場合に、サンプリングクロックのジッタによって生じる耳障りな音が再生されるのを減らすことができる。 Specifically, the fluctuation (α) of the frequency of the sampling clock φs can be reduced from ± 20 MHz to ± 30 MHz, that is, from ± 0.04% to ± 0.027%. A clock φTX having a frequency of 40 MHz may be used instead of the clock φTX having a frequency of 30 MHz. According to this modified example, particularly when applied to a device that transmits audio data, it is possible to reduce the reproduction of an annoying sound caused by the jitter of the sampling clock.
図6には、実施例を適用したブルートゥース通信デバイスのより具体的な構成を示す。図6において、図1と同一の機能を有するブロックには同一の符号を付して重複した説明は省略する。
この実施例のブルートゥース通信デバイスは、無線通信処理部110のベースバンド制御部112と、アプリケーション処理部120の音声入出力処理部121のうちアナログ回路部分を除いたディジタル回路部分と、制御部130のうちメモリ132を除いた部分を1つの半導体チップに半導体集積回路(ブルートゥース通信用IC)100として構成したものである。
FIG. 6 shows a more specific configuration of the Bluetooth communication device to which the embodiment is applied. In FIG. 6, blocks having the same functions as those in FIG.
The Bluetooth communication device according to this embodiment includes a
RF送受信処理部(物理層)111を構成する高周波信号処理装置としてのRFモジュール200と制御部130のメモリ132のうちアプリケーションプログラムを格納したフラッシュメモリ310とCPUの作業領域を提供するSRAM320は、このブルートゥース通信用IC100に外付け部品として接続され、これにさらに音声入出力処理部121のうちアナログ回路部分であるアナログ処理LSI500がプリント配線基板上に実装されて通信システムが構成される。アナログ処理LSI500にマイクロフォンからの音声信号やメディアから読み取られたオーディオ信号が入力されてサンプリングされるとともに、アナログ処理LSI500からヘッドホンの駆動信号が出力される。
The
この実施例のシステムにおいては、RFモジュール200に13MHzのような高い周波数の発振子210が接続され、RF送受信処理部111の動作に必要なクロック信号φRFが生成されるとともに、そのクロック信号φRFがブルートゥース通信用IC100内のクロック生成回路としての分周回路DIV1に供給され、ベースバンド制御部112のデータ転送クロック(ブルートゥースクロック)φBBや同期クロックφscの基準となるクロック信号とされている。また、本実施例のブルートゥース通信用IC100には、RFモジュール200からのクロック信号φRFを逓倍して26MHzあるいは52MHzのような周波数のCPUクロックφcpuを生成するクロックパルスジェネレータ(CPG)122が設けられている。
In the system of this embodiment, an
RFモジュール200は、変復調用ICやパワーアンプ(高周波電力増幅器)、不要波除去用のフィルタ、送受信切替えスイッチなどにより構成される。本実施例のブルートゥース通信用IC100には、RFモジュール200へパワーアンプのパワーを決定し制御する電圧Vpcを供給する機能が設けられており、チップ内部のDA変換器DACでアナログ電圧に変換して出力するように構成されている。
The
また、特に制限されるものでないが、本実施例のシステムでは、3.3Vのようなバッテリ電源からの電源電圧を、ブルートゥース通信用IC100およびRFモジュール200に必要とされる2.8Vのような電源電圧に変換する電圧レギュレータ(DC−DCコンバータ)400や、データの一時記憶領域やCPUの作業領域を提供する外付けのSRAM(スタティックメモリ)320が設けられている。SRAM320が設けられているため、前に受信したデータを保存しておくことができ、それによって受信データが検出されたような場合に、すでに受信したデータに基づいてデータの補間を行なうことができる。音声データはテキストデータのように正確性をそれほど必要としないため、ブルートゥース通信を使用した音声通信において前に受信したデータに基づいてデータの補間を行なうことで音声の途切れによる音質の低下を回避することができるという利点がある。
Further, although not particularly limited, in the system of the present embodiment, a power supply voltage from a battery power source such as 3.3V is applied to the
この実施例では、CPU131に、第1CPUバスL−busを介してキャッシュメモリ181とRAM182とメモリアクセスコントローラ(MAC)183が接続されている。キャッシュメモリ181とRAM182は第1CPUバスL−busと第2CPUバスI−busとの間に接続され、第2CPUバスI−busと周辺バスHPBとの間にはバス間のデータのやりとりを行うバスブリッジPPBSが設けられている。また、第2CPUバスI−busにはDMA(ダイレクトメモリアクセス)転送制御を行なうDMAコントローラDMACが接続されている。
In this embodiment, a
さらに、この実施例のブルートゥース通信デバイスにおいては、第2CPUバスI−busにバス上の信号のタイミング調整などの制御を行なうバスステートコントローラBSCが設けられ、第2CPUバスI−busはこのバスステートコントローラBSCを介してフラッシュメモリ310やSRAM320が接続された外部システムバス330との間でデータ信号のやり取りが可能にされている。RAM182(もしくはSRAM320)が図1におけるバッファメモリ140に相当する。
Further, in the Bluetooth communication device of this embodiment, the second CPU bus I-bus is provided with a bus state controller BSC for performing control such as timing adjustment of signals on the bus, and the second CPU bus I-bus is provided with the bus state controller. Data signals can be exchanged with the
また、周辺バスHPBには、各種時間管理用のタイマユニットTMU、外部デバイスとの間でシリアルに信号の入出力を行なうシリアルコミュニケーションインタフェースSCIF1,SCIF0、外部デバイスからの割込みを受け付ける割込みコントローラINTC、アナログ・デジタルや変換やデジタル・アナログ変換を行なう変換回路DACなどの周辺回路が接続されている。 The peripheral bus HPB includes a timer unit TMU for various time management, serial communication interfaces SCIF1 and SCIF0 for serially inputting / outputting signals to / from an external device, an interrupt controller INTC for receiving an interrupt from the external device, an analog Peripheral circuits such as a conversion circuit DAC that performs digital, conversion, and digital / analog conversion are connected.
以上説明したように、前記実施例においては、サンプリングされた信号を処理するデータ処理回路(121)を動作させるクロックφTXの立上がり(立下がりでも可)に同期して無線通信処理回路(112)を動作させるクロックφBBに同期したクロックφscを同期化回路(122)に取り込むすなわちφTXでφscをサンプリングすることによって、アナログ信号のサンプリング回路(500)を動作させるクロックφsを生成するようにしたので、無線通信処理用のクロックφBBと送信すべきアナログ信号のサンプリングクロックφsとが同期される。そのため、無線通信処理部とアプリケーション処理部との間でデータをやり取りする際にデータ抜けが発生するのを防止することができるとともに、PLL回路のようなフィードバックパスを持たないオープンループの同期化回路により無線通信処理部のクロックとアプリケーション処理部のクロックを同期させることができ、これによって大規模な回路を用いることなくデータ抜けが発生するのを防止しチップサイズの低減および消費電力の低減を図ることができる。 As described above, in the above-described embodiment, the wireless communication processing circuit (112) is synchronized with the rising (or falling) of the clock φTX that operates the data processing circuit (121) that processes the sampled signal. Since the clock φsc synchronized with the clock φBB to be operated is taken into the synchronization circuit (122), that is, by sampling φsc with φTX, the clock φs for operating the analog signal sampling circuit (500) is generated. The communication processing clock φBB and the sampling clock φs of the analog signal to be transmitted are synchronized. Therefore, it is possible to prevent data loss when data is exchanged between the wireless communication processing unit and the application processing unit, and an open loop synchronization circuit that does not have a feedback path such as a PLL circuit. This makes it possible to synchronize the clock of the wireless communication processing unit and the clock of the application processing unit, thereby preventing data loss without using a large-scale circuit and reducing the chip size and power consumption. be able to.
また、再送機能を持たない同期通信モードにより音声データや動画像データを送信する場合にデータ抜けが発生するのを防止できるため、データの補間処理が不要になって受信側で再生される音声や映像の品質の低下を防止し、通信品質の向上を図ることができるようになる。 In addition, since data loss can be prevented when audio data or moving image data is transmitted in a synchronous communication mode that does not have a retransmission function, no data interpolation processing is required, and audio or It is possible to prevent deterioration in video quality and improve communication quality.
以上本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。 The invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments. However, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Nor.
例えば、前記実施例では、RFクロック用の発振回路OSC1の発振出力φRFを分周してデータ転送クロックφBBや同期用のクロックφscを生成するクロック生成回路を分周回路DIV1により、また、CPUクロック用の発振回路OSC2の発振出力φcpuを分周してアプリケーションデータ転送クロックφTXを生成するクロック生成回路を分周回路DIV2により構成するようにしているが、分周回路DIV1,DIV2には、それぞれ基準のクロックに対して位相の異なるクロックを生成するため、位相をシフトする移相機能を含ませるように構成しても良い。 For example, in the above-described embodiment, the clock generation circuit that divides the oscillation output φRF of the oscillation circuit OSC1 for the RF clock to generate the data transfer clock φBB and the synchronization clock φsc by the frequency divider DIV1, and the CPU clock The clock generation circuit for generating the application data transfer clock φTX by dividing the oscillation output φcpu of the oscillation circuit OSC2 is configured by the frequency divider DIV2, but each of the frequency dividers DIV1 and DIV2 has a reference In order to generate a clock having a different phase with respect to the other clock, a phase shift function for shifting the phase may be included.
以上本発明を、主としてブルートゥース規格を利用した通信具体的にはオーディオプレーヤとワイヤレスヘッドホンからなる音楽データ送信システムを想定した実施例に適用した場合を説明したが、本発明はこれに限定されず、ブルートゥース通信によるトランシーバあるいは内線電話として利用したり、インターネットを利用した音声通信システム(いわゆるインターネットフォン)に使用するヘッドセットとパソコンとの間の音声通信、携帯電話機とヘッドセットからなるハンズフリーシステムの通信、さらにはブルートゥース通信以外のパケットによる同期通信にも広く利用することができる。 As described above, the case where the present invention is mainly applied to communication using the Bluetooth standard, specifically, an example assuming a music data transmission system including an audio player and wireless headphones has been described, but the present invention is not limited thereto. Voice communication between a headset and a personal computer, which is used as a transceiver or extension telephone by Bluetooth communication, or a voice communication system (so-called Internet phone) using the Internet, communication of a hands-free system consisting of a mobile phone and a headset Furthermore, it can be widely used for synchronous communication using packets other than Bluetooth communication.
110 通信処理部
111 高周波信号処理部
112 ベースバンド制御部
113 クロック生成部
120 アプリケーション処理部
121 音声入出力処理部
122 クロック同期処理部
130 制御部130
131 マイクロプロセッサ(CPU)
132 メモリ
133 クロック生成部
140 バッファメモリ
DESCRIPTION OF
131 Microprocessor (CPU)
132
Claims (11)
上記データ処理回路の出力を受けて所定のプロトコルに従って無線通信で送信すべきデータを生成するプロトコル処理回路と、
上記プロトコル処理回路を動作させる第1クロック信号に同期した第2クロック信号を、該第2クロック信号よりも高い周波数を有し上記データ処理回路を動作させる第3クロック信号でサンプリングすることによって、上記サンプリング回路を動作させる第4クロック信号を生成するクロック生成回路と、
を備えることを特徴とする無線通信用半導体集積回路。 A data processing circuit for processing a signal sampled by a sampling circuit for sampling a data signal to be transmitted;
A protocol processing circuit that receives the output of the data processing circuit and generates data to be transmitted by wireless communication according to a predetermined protocol;
By sampling a second clock signal synchronized with a first clock signal for operating the protocol processing circuit with a third clock signal having a higher frequency than the second clock signal and operating the data processing circuit, A clock generation circuit for generating a fourth clock signal for operating the sampling circuit;
A semiconductor integrated circuit for wireless communication, comprising:
上記受信データをサンプリングするサンプリング回路の出力を受け、上記受信データに対応した信号を生成するデータ処理回路と、
上記プロトコル処理回路を動作させる第1クロック信号に同期した第2クロック信号を、該第2クロック信号よりも高い周波数を有し上記データ処理回路を動作させる第3クロック信号でサンプリングすることによって、上記サンプリング回路を動作させる第4クロック信号を生成するクロック生成回路と、
を備えることを特徴とする無線通信用半導体集積回路。 A protocol processing circuit for generating received data based on a signal received by wireless communication according to a predetermined protocol;
A data processing circuit that receives an output of a sampling circuit that samples the received data and generates a signal corresponding to the received data;
By sampling a second clock signal synchronized with a first clock signal for operating the protocol processing circuit with a third clock signal having a higher frequency than the second clock signal and operating the data processing circuit, A clock generation circuit for generating a fourth clock signal for operating the sampling circuit;
A semiconductor integrated circuit for wireless communication, comprising:
上記サンプリング回路を備え、アナログ入力信号をディジタル信号に変換して上記無線通信用半導体集積回路へ供給すべき送信データを生成するアナログ処理回路と、
上記プロトコル処理回路によって生成された上記送信すべきデータを高周波の搬送波に載せて送信する高周波信号処理回路とを備え、
上記クロック生成回路により生成された上記第4クロック信号は上記無線通信用半導体集積回路から上記アナログ処理回路へ供給されることを特徴とする無線通信装置。 A data processing circuit that processes a signal sampled by a sampling circuit that samples a data signal to be transmitted, and a protocol processing circuit that receives the output of the data processing circuit and generates data to be transmitted by wireless communication according to a predetermined protocol; Sampling a second clock signal synchronized with a first clock signal for operating the protocol processing circuit with a third clock signal for operating the data processing circuit having a higher frequency than the second clock signal; A wireless communication semiconductor integrated circuit comprising: a clock generation circuit for generating a fourth clock signal for operating the sampling circuit;
An analog processing circuit that includes the sampling circuit, converts an analog input signal into a digital signal, and generates transmission data to be supplied to the semiconductor integrated circuit for wireless communication;
A high-frequency signal processing circuit that transmits the data to be transmitted generated by the protocol processing circuit on a high-frequency carrier wave;
The wireless communication apparatus, wherein the fourth clock signal generated by the clock generation circuit is supplied from the wireless communication semiconductor integrated circuit to the analog processing circuit.
上記受信データをサンプリングするサンプリング回路の出力を受け、上記受信データに対応した信号を生成するデータ処理回路と、
上記プロトコル処理回路を動作させる第1クロック信号に同期した第2クロック信号を、該第2クロック信号よりも高い周波数を有し上記データ処理回路を動作させる第3クロック信号でサンプリングすることによって、上記サンプリング回路を動作させる第4クロック信号を生成するクロック生成回路と、
を備える無線通信用半導体集積回路と、
上記サンプリング回路を備え、上記無線通信用半導体集積回路より供給された出力を処理しアナログ信号に変換して出力するアナログ処理回路と、受信した信号より上記第一信号を取り出して上記プロトコル処理回路へ渡す高周波信号処理回路とを備え、上記クロック生成回路により生成された上記第4クロック信号は上記無線通信用半導体集積回路から上記アナログ処理回路へ供給されることを特徴とする無線通信装置。 A protocol processing circuit that generates received data based on a first signal received by wireless communication according to a predetermined protocol;
A data processing circuit that receives an output of a sampling circuit that samples the received data and generates a signal corresponding to the received data;
By sampling a second clock signal synchronized with a first clock signal for operating the protocol processing circuit with a third clock signal having a higher frequency than the second clock signal and operating the data processing circuit, A clock generation circuit for generating a fourth clock signal for operating the sampling circuit;
A semiconductor integrated circuit for wireless communication comprising:
An analog processing circuit that includes the sampling circuit, processes the output supplied from the semiconductor integrated circuit for wireless communication, converts the output into an analog signal, and outputs the analog signal; and extracts the first signal from the received signal to the protocol processing circuit A wireless communication device, wherein the fourth clock signal generated by the clock generation circuit is supplied from the wireless communication semiconductor integrated circuit to the analog processing circuit.
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