JP2007221493A

JP2007221493A - 信号伝送システム

Info

Publication number: JP2007221493A
Application number: JP2006040124A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Koyanagi; 隆行小柳; Toru Suzuki; 徹鈴木; Tadahiro Sezaki; 直裕瀬▲崎▼; Masaaki Kamemura; 雅昭亀村
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2006-02-17
Filing date: 2006-02-17
Publication date: 2007-08-30

Abstract

【課題】
ラッチポイントとノイズの位置関係が最適になるように遅延時間を制御し、信号波形品質の悪化を避ける。
【解決手段】
少なくとも１つの出力回路と、少なくとも１つの入力回路と、それぞれの入出力回路に接続する伝送線とを有するインターフェース回路において、遅延時間調整回路と遅延時間制御回路を設置する。遅延時間調整回路は信号を伝送する時間を調整する機能を有し、遅延時間制御回路は遅延時間調整回路の遅延時間を制御する機能を有する。遅延時間制御回路はラッチポイントとノイズの位置関係が最適になるように遅延時間を決定し、遅延時間調整回路に通知する。遅延時間調整回路は遅延時間制御回路が決定した遅延量に従い遅延時間を設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は出力回路から入力回路へ信号を伝送するシステムに関し、特に入出力回路間のノイズの影響を抑制する技術に関するものである。

近年、プロセッサやメモリの動作が高速化するのに伴い、各入出力回路間のインターフェースの高速化に対する要求も高まっている。インターフェース高速化の課題の１つとして入力回路の入力容量による反射ノイズおよび入出力回路と伝送線のインピーダンス不整合による多重反射ノイズ等に起因する信号波形品質の悪化がある。

信号伝送システムにおいて反射ノイズを抑制する技術として、抵抗器を用いてインピーダンス不整合部を整合終端させる手法がよく用いられている。
例えば、特開２０００−３２２１６４号公報では少なくとも３つの入出力回路を有するバスシステムにおいてそれぞれの信号端子間をＹ字型に接続する可変抵抗器を用いてインピーダンス整合を取る手法が報告されている。

特開２００１−１１１４０８号公報では出力回路端を反射波に対して整合させ、さらに出力回路端と入力回路端の信号伝送時間を信号切替周期の半分の時間の整数倍とする手法が報告されている。

特開２００１−３５８５７４号公報では主伝送線の一端又は両端を終端し、さらに入出力回路に接続する各分岐配線と主伝送線の間に分岐配線のインピーダンスから主伝送線のインピーダンスの半分を引いた値の抵抗を挿入し反射ノイズを抑制する手法が報告されている。

特開２００２−３３７７５号公報では伝送線中に抵抗減衰器を挿入し、入出力回路端のインピーダンス整合を取る手法が報告されている。

また、抵抗器を用いて反射ノイズを抑制する手法以外に、伝送線の遅延時間を調整して反射ノイズがラッチポイントに重畳することを防ぐ方法がある。

例えば、特開２００５−１６７５９０号公報では伝送線の遅延時間を調整し、クロック信号が出力回路から入力回路に達する２倍の時間がクロック周期の正数倍となるようにすることで、反射ノイズがラッチポイントに重畳することを防ぐ手法が報告されている。

特開２０００−３２２１６４号公報特開２００１−１１１４０８号公報特開２００１−３５８５７４号公報特開２００２−３３７７５号公報特開２００５−１６７５９０号公報

前記背景技術のうち、抵抗器を用いて反射ノイズを抑制する技術(特開２０００−３２２１６４号公報、特開２００１−１１１４０８号公報、特開２００１−３５８５７４号公報、特開２００２−３３７７５号公報)は、抵抗器を用いる点に起因する消費電力の増加という問題が起こる。また、信号伝送システムにはLSIパッケージ内配線、はんだ、スルーホール等の不連続点が多数存在し、その全ての不連続点で反射ノイズの発生を完全に防ぐことは難しい。仮にある条件において完全にインピーダンス整合させた場合においても、各部品の製造バラツキや温度や電源電圧などの環境条件により実際には反射ノイズが発生してしまうことがある。以上のように、インピーダンス整合により反射ノイズを抑制する技術では反射ノイズを完全に除去することは難しいという問題がある。

一方、ある程度の反射ノイズが存在することを許容し伝送線の遅延時間を調整することで反射ノイズがラッチポイントに重畳することを防ぐ手法が特開２００５−１６７５９０号公報で報告されている。この手法は反射ノイズがラッチポイントに重畳しない条件を設計段階において決定し、遅延時間を固定的に設定するものである。

本発明は装置の起動時や稼動中の任意の時間において信号伝送システムが自律的にノイズ波形を確認し、ラッチポイントと反射ノイズの位置関係が最適になるように自動的に遅延時間を調整することを特徴とする技術である。特に分岐配線が多数存在するシステムにおいては多重反射ノイズやクロストークノイズの複雑な影響を考慮する必要があるが、本発明によれば実際の装置が自動的に最適な遅延時間を設定するため、設計段階においてあらかじめ入出力回路間の遅延時間を設定しておくという作業に多くの時間、コスト、技術力やノウハウを投入することを避けることができる。また、本発明は任意の時間に自動的に遅延時間を調整するため、温度や電源電圧などの環境条件やシステムの経年変化による信号伝送システムの特性変化にも対応することができる。

前記課題を解決するため、本発明では、少なくとも１つの出力回路と、少なくとも１つの入力回路と、それぞれの入出力回路に接続する伝送線とを有するインターフェース回路において、遅延時間調整回路と遅延時間制御回路を設置する。遅延時間調整回路は信号を伝送する時間を調整する機能を有し、遅延時間制御回路は遅延時間調整回路の遅延時間を制御する機能を有する。遅延時間制御回路は多重反射ノイズを含む入力回路端の信号波形を参照して自動的に遅延時間調整回路の遅延時間を決定する。

遅延時間制御回路が参照する信号波形は、出力回路から送信した信号が入力回路端で反射して返ってくることによって観測される出力回路端の信号波形としてもよい。

本発明によれば装置の起動時や稼動中の任意の時間において信号伝送システムが自律的にノイズ波形を確認し、ラッチポイントと反射ノイズの位置関係が最適になるように自動的に遅延時間を調整することができる。

反射ノイズ等に起因する信号波形品質の悪化を避けるという目的を、遅延時間調整回路および遅延時間制御回路を備え、ラッチポイントと反射ノイズの位置関係が最適になるように自動的に遅延時間を調整することで実現した。本発明によれば設計段階においてあらかじめ入出力回路間の遅延時間を設定しておくという作業に多くの時間、コスト、技術力やノウハウを投入することを避けることができ、温度や電源電圧などの環境条件やシステムの経年変化による信号伝送システムの特性変化にも対応することができる。

最も単純な例として第１の実施例を図１を用いて説明する。図１では出力回路１より送信された信号は伝送線２および遅延時間調整回路３を通り入力回路６に達する。遅延時間制御回路５は入力回路端４において信号波形を観測し、遅延時間調整回路３の遅延時間を制御する。なお、出力回路１は入力回路の機能を備え、入力回路６は出力回路の機能を備えていてもよい。その場合、遅延時間制御回路５による信号波形の観測は２つの入出力回路端から行う。

遅延時間制御回路５による信号波形の観測は装置の起動時又は稼動中の任意の時間に行うことができる。遅延時間制御回路５の観測用に出力回路１が送信する信号波形は単発立ち上がり波形又は立ち下がり波形又は任意のデータパターンとすることができる。入力回路端４に達した信号波形は、出力回路１から送信された信号波形に多重反射ノイズが重畳したものとなっているため、遅延時間制御回路５は現状の遅延時間の場合反射ノイズが信号波形のどの位置に重畳するか分かる。入力回路端４で観測される主な反射ノイズとして入力回路端４の入力容量に起因する反射ノイズが出力回路１で再反射し入力回路端４に達することで観測されるものがある。遅延時間制御回路５はラッチポイントと反射ノイズの位置関係が最適になるように遅延時間を決定し、遅延時間調整回路３に通知する。ラッチポイントはあらかじめ設定しておくか、又は出力回路１から送信された信号波形が任意のデータパターンの場合データパターンから遅延時間や転送サイクルなどを読み取ることでラッチポイントを認識するようにしてもよい。遅延時間調整回路３は遅延時間制御回路５が決定した遅延量に従い遅延時間を設定する。

ここで、遅延時間の調整によるラッチポイントと反射ノイズの位置関係のイメージを図２を用いて説明する。図２は入力回路端４の信号波形イメージである。（ａ）では信号波形内の反射ノイズ７１がラッチポイント１０に重畳しているため、正しい値をラッチすることができない可能性がある。次に遅延時間調整回路３により遅延時間が調整され（ｂ）に示す位置に反射ノイズ７２が移動した場合を考える。（ｂ）では遅延時間を調整したことにより信号波形内の反射ノイズ７２はラッチポイント１０に重畳することが避けられ、ラッチポイント以後のデータ確定時間であるホールドタイム９１を確保できたが、ラッチポイント以前のデータ確定時間であるセットアップタイム８１が十分確保できていないため、正しい値をラッチすることができない可能性がある。したがって、（ｂ）の遅延時間の調整はまだ不十分である。次に遅延時間調整回路３により遅延時間が調整され（ｃ）に示す位置に反射ノイズ７３が移動した場合を考える。（ｃ）では遅延時間を調整したことにより信号波形内の反射ノイズ７３がラッチポイント１０に重畳することが避けられており、セットアップタイム８２とホールドタイム９２も十分確保できているため、正しい値をラッチできることが分かる。

以上の動作によりラッチポイントと反射ノイズの位置関係が最適になるように遅延時間を制御することができる。さらに近接線も同時に動作させることで急峻なクロストークノイズとラッチポイントの位置関係が最適になるように遅延時間を制御することもできる。

また、極性が逆であるノイズが存在する場合、遅延時間を制御することでそれぞれを相殺させノイズを抑制することもできる。ノイズ相殺のイメージを図３を用いて説明する。図３は入力回路端４の信号波形イメージである。（ａ）には信号波形内に上向きのノイズ１１と下向きのノイズ１２が存在している。遅延時間調整回路３により遅延時間が調整され、下向きのノイズ１２の位置に上向きのノイズ１１が移動した場合、（ｂ）の相殺されたノイズ１３ようにノイズを低減できることが分かる。

以上の動作１回だけでは遅延時間を調整できなかった場合は数回繰り返すことで遅延時間を最適な値に調整することができる。なお、大まかな遅延時間の調整は人手で行い、微調整を本発明の手法によって行ってもよい。

ここで、遅延時間制御回路５の一例を図４を用いて説明する。入力回路端４で観測された信号波形は遅延時間制御回路５のＡＤコンバータ１４でデジタルデータに変換され、データ処理部１５に入力される。データ処理部１５はメモリ部１６とのインターフェースを有し、ＡＤコンバータ１４より得たデジタル化された信号波形情報(以後、波形情報)をメモリ部１６に保存する。また、データ処理部１５はＡＤコンバータ１４より得た波形情報とメモリ部１６に保存された波形情報を参照することで、遅延時間調整回路３の遅延時間を決定し、遅延時間調整回路３を制御する。

次に本発明の第２の実施例を図５を用いて説明する。図５では出力回路１より送信された信号は第１の伝送線２１および第１の遅延時間調整回路３１を通り分岐点１７に達する。信号は分岐点１７において２方向に分かれ、一方は第２の伝送線２２および第２の遅延時間調整回路３２を通り第１の入力回路６１に達し、他方は第３の伝送線２３および第３の遅延時間調整回路３３を通り第２の入力回路６２に達する。遅延時間制御回路５は第１の入力回路端４１および第２の入力回路端４２において信号波形を観測し、第１の遅延時間調整回路３１、第２の遅延時間調整回路３２および第３の遅延時間調整回路３３の遅延時間を統合的に制御する。なお、出力回路１は入力回路の機能を備え、第１の入力回路６１および第２の入力回路６２は出力回路の機能を備えていてもよい。その場合、遅延時間制御回路５による信号波形の観測は３つの入出力回路端から行う。

遅延時間制御回路５による信号波形の観測は装置の起動時又は稼動中の任意の時間に行うことができる。遅延時間制御回路５の観測用に出力回路１が送信する信号波形は単発立ち上がり波形又は立ち下がり波形又は任意のデータパターンとすることができる。第１の入力回路端４１および第２の入力回路端４２に達した信号波形は、出力回路１から送信された信号波形に多重反射ノイズが重畳したものとなっているため、遅延時間制御回路５は現状の遅延時間の場合反射ノイズが第１の入力回路端４１、第２の入力回路端４２それぞれの信号波形のどの位置に重畳するか分かる。第１の入力回路端４１で観測される主な反射ノイズとして分岐点１７のインピーダンス不整合に起因する反射ノイズが出力回路１で再反射し第１の入力回路端４１に達することで観測されるもの、第１の入力回路端４１の入力容量に起因する反射ノイズが分岐点１７、出力回路１および第２の入力回路端４２で再反射し第１の入力回路端４１に達することで観測されるものなどがある。同様に第２の入力回路端４２で観測される反射ノイズも複雑なプロセスを経て第２の入力回路端４２に達する。遅延時間制御回路５はラッチポイントと反射ノイズの位置関係が最適になるように各遅延時間を決定し、第１の遅延時間調整回路３１、第２の遅延時間調整回路３２および第３の遅延時間調整回路３３に通知する。ラッチポイントはあらかじめ設定しておくか、又は出力回路１から送信された信号波形が任意のデータパターンの場合データパターンから遅延時間や転送サイクルなどを読み取ることでラッチポイントを認識するようにしてもよい。第１の遅延時間調整回路３１、第２の遅延時間調整回路３２および第３の遅延時間調整回路３３は遅延時間制御回路５が決定した遅延量に従い遅延時間を設定する。

以上の動作によりラッチポイントと反射ノイズの位置関係が最適になるように遅延時間を制御することができる。さらに、近接線も同時に動作させることで急峻なクロストークノイズとラッチポイントの位置関係が最適になるように遅延時間を制御することもできる。また、極性が逆であるノイズが存在する場合、遅延時間を制御することでそれぞれを相殺させノイズを抑制することもできる。以上の動作１回だけでは遅延時間を調整できなかった場合は数回繰り返すことで遅延時間を最適な値に調整することができる。なお、大まかな遅延時間の調整は人手で行い、微調整を本発明の手法によって行ってもよい。

また、精度と調整可能範囲は低下するが簡略化のため３つの遅延時間調整回路のうち、１つ又は２つを削除することもできる。

第２の実施例を応用した第３の実施例として出力回路と入力回路の数をさらに増加させた多分岐信号伝送システムがある。なお、出力回路は入力回路の機能を備え、入力回路は出力回路の機能を備えていてもよい。本実施例においても、第２の実施例と同様、複数の遅延時間調整回路を遅延時間制御回路が統合的に制御することでラッチポイントとノイズの位置関係が最適になるように遅延時間を制御することができる。

次に本発明の第４の実施例を図６を用いて説明する。図６では出力回路１より送信された信号は伝送線２および遅延時間調整回路３を通り入力回路６に達する。信号が入力回路６に達すると入力回路の入力容量に起因する反射ノイズが発生する。反射ノイズは遅延時間調整回路３を通り出力回路端１８に達する。遅延時間制御回路５は出力回路端１８においてノイズ波形を観測し、遅延時間調整回路３の遅延時間を制御する。

遅延時間制御回路５によるノイズ波形の観測は装置の起動時又は稼動中の任意の時間に行うことができる。遅延時間制御回路５の観測用に出力回路１が送信する信号波形は単発立ち上がり波形又は立ち下がり波形又は任意のデータパターンとすることができる。遅延時間制御回路５は現状の遅延時間の場合観測した反射ノイズが出力回路端１８で再反射して入力回路に達し信号波形のどの位置に重畳するか分かる。遅延時間制御回路５はラッチポイントと反射ノイズの位置関係が最適になるように遅延時間を決定し、遅延時間調整回路３に通知する。ラッチポイントはあらかじめ設定しておくか、又は出力回路端１８に達した反射ノイズの遅延時間から読み取ることにしてもよい。遅延時間調整回路３は遅延時間制御回路５が決定した遅延量に従い遅延時間を設定する。

以上の動作によりラッチポイントと反射ノイズの位置関係が最適になるように遅延時間を制御することができる。以上の動作１回だけでは遅延時間を調整できなかった場合は数回繰り返すことで遅延時間を最適な値に調整することができる。なお、大まかな遅延時間の調整は人手で行い、微調整を本発明の手法によって行ってもよい。

次に本発明の第５の実施例を図７を用いて説明する。図７では出力回路１より送信された信号は第１の伝送線２１および第１の遅延時間調整回路３１を通り分岐点１７に達する。信号は分岐点１７において２方向に分かれ、一方は第２の伝送線２２および第２の遅延時間調整回路３２を通り第１の入力回路６１に達し、他方は第３の伝送線２３および第３の遅延時間調整回路３３を通り第２の入力回路６２に達する。信号が第１の入力回路６１および第２の入力回路６２に達すると入力回路の入力容量に起因する反射ノイズが発生する。反射ノイズは第３の遅延時間調整回路３３、第２の遅延時間調整回路３２および第１の遅延時間調整回路３１を通り出力回路端１８に達する。遅延時間制御回路５は出力回路端１８においてノイズ波形を観測し、第１の遅延時間調整回路３１、第２の遅延時間調整回路３２および第３の遅延時間調整回路３３の遅延時間を統合的に制御する。

遅延時間制御回路５による信号波形の観測は装置の起動時又は稼動中の任意の時間に行うことができる。遅延時間制御回路５の観測用に出力回路１が送信する信号波形は単発立ち上がり波形又は立ち下がり波形又は任意のデータパターンとすることができる。遅延時間制御回路５は現状の遅延時間の場合観測した反射ノイズが出力回路端１８で再反射して入力回路に達し信号波形のどの位置に重畳するか分かる。遅延時間制御回路５はラッチポイントと反射ノイズの位置関係が最適になるように遅延時間を決定し、第１の遅延時間調整回路３１、第２の遅延時間調整回路３２および第３の遅延時間調整回路３３に通知する。ラッチポイントはあらかじめ設定しておくか、又は出力回路端１８に達した反射ノイズの遅延時間から読み取ることにしてもよい。第１の遅延時間調整回路３１、第２の遅延時間調整回路３２および第３の遅延時間調整回路３３は遅延時間制御回路５が決定した遅延量に従い遅延時間を設定する。

第５の実施例を応用した第６の実施例として出力回路と入力回路の数をさらに増加させた多分岐信号伝送システムがある。本実施例においても、第５の実施例と同様、複数の遅延時間調整回路を遅延時間制御回路が統合的に制御することでラッチポイントとノイズの位置関係が最適になるように遅延時間を制御することができる。

なお、上記の実施の形態は以下のように捉えることが可能である。

（１）少なくとも１つの出力回路と、少なくとも１つの入力回路と、前記出力回路と前記入力回路を接続する伝送線とを有するインターフェース回路において、信号を伝送する時間を調整する遅延時間調整回路と、前記遅延時間調整回路の遅延時間を制御する遅延時間制御回路を有し、前記入力回路端の信号波形を参照して自動的に遅延時間を決定する信号伝送システムであって、前記出力回路は入力回路の機能を備え、前記入力回路は出力回路の機能を備え、双方向伝送が可能であることを特徴とする信号伝送システム。

（２）（１）の信号伝送システムであって、送信と受信を同一の伝送線を用いて行うことを特徴とする信号伝送システム。

（３）（１）乃至（２）の信号伝送システムであって、出力回路と伝送線の間、伝送線と入力回路の間、伝送線の前後又は途中の数箇所又は全てに遅延時間調整回路を備えることを特徴とする信号伝送システム。

（４）（１）乃至（３）の信号伝送システムであって、出力回路から送信した信号が入力回路端で反射して返ってくることによって観測される前記出力回路端の信号波形を参照して自動的に遅延時間を決定することを特徴とする信号伝送システム。

（５）（１）乃至（４）の信号伝送システムであって、クロストークノイズの影響を受ける１つ以上の近接伝送線を有することを特徴とする信号伝送システム。

信号伝送システムの第１の実施例を示した説明図である。遅延時間の調整によるラッチポイントと反射ノイズの位置関係のイメージを示した説明図である。遅延時間の調整によるノイズ相殺のイメージを示した説明図である。遅延時間制御回路の例を示した説明図である。信号伝送システムの第２の実施例を示した説明図である。信号伝送システムの第４の実施例を示した説明図である。信号伝送システムの第５の実施例を示した説明図である。

符号の説明

１出力回路
２伝送線
３遅延時間調整回路
４入力回路端
５遅延時間制御回路
６入力回路
１０ラッチポイント
１１上向きのノイズ
１２下向きのノイズ
１３相殺されたノイズ
１４ＡＤコンバータ
１５データ処理部
１６メモリ部
１７分岐点
１８出力回路端
２１第１の伝送線
２２第２の伝送線
２３第３の伝送線
３１第１の遅延時間調整回路
３２第２の遅延時間調整回路
３３第３の遅延時間調整回路
４１第１の入力回路端
４２第２の入力回路端
６１第１の入力回路
６２第２の入力回路
７１ラッチポイントと重なる反射ノイズ
７２遅延時間を調整した後の反射ノイズ
７３さらに遅延時間を調整した後の反射ノイズ
８１遅延時間を調整した後のセットアップタイム
８２さらに遅延時間を調整した後のセットアップタイム
９１遅延時間を調整した後のホールドタイム
９２さらに遅延時間を調整した後のホールドタイム

Claims

少なくとも１つの出力回路と、少なくとも１つの入力回路と、前記出力回路と前記入力回路を接続する伝送線とを有するインターフェース回路において、信号を伝送する時間を調整する遅延時間調整回路と、前記遅延時間調整回路の遅延時間を制御する遅延時間制御回路を有し、前記入力回路端の信号波形を参照して自動的に遅延時間を決定することを特徴とする信号伝送システム。