JP2013123174A - クロック再生装置およびクロック再生方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ランダムなタイミングでデータを受信した場合において消費電力を低減可能なクロック再生装置を得ること。
【解決手段】多相クロックを生成する多相クロック生成部１と、多相クロックを用いて入力信号をサンプリングするＦＦ群２と、ＦＦ群２におけるサンプリング結果に基づいて、最適サンプリング位相を決定する位相選択部３と、最適サンプリング位相に基づいて、入力信号の受信状態の安定度を判定するロック判定を行うロック位相判定部５と、ロック位相判定部５における判定結果に基づいて、多相クロック生成部１で生成する各多相クロックの有効および無効を制御するクロックイネーブル信号生成部６と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、受信信号からクロックを再生するクロック再生装置に関する。

従来、クロックを並走しないシリアル通信では、受信側において、受信したデータからクロックを抽出してデータを再生する必要がある。そのため、データを受信する際には、正規のデータを受信する前にクロックを抽出し、また、データ再生用のオーバーヘッド時間が必要である。通信帯域の効率的な利用を目指す上で、オーバーヘッド時間は非常に重要なパラメータである。

受信信号からデータとクロックを分離する方法にＣＤＲ（Clock and Data Recovery）があり、ＣＤＲの１つの方式として、受信データレートの整数倍のサンプリングを行い、その中から最適なサンプリング結果を用いてデータの再生を行うサンプリング方式がある。サンプリング方式は、非常に短い時間でデータ再生が可能であることが特徴であるが、サンプリング用のクロックとして多相クロックを用いることが多く、常に多相のクロックによるサンプリングを行うため、消費電力が大きくなる。

そのため、下記特許文献１では、最適なサンプリング結果以外のサンプリングクロックを停止して消費電力を低減する技術が開示されている。

特開２０１０−２８８２３５号公報

しかしながら、上記従来の技術によれば、間欠的に受信するデータの先頭を検出することが必要である。そのため、間欠的ではないランダムなタイミングでのデータ入力に対しては有効ではない、という問題があった。また、データ受信中、通信状態の劣化等により最適なサンプリング結果の選択が困難になった場合の動作について考慮されていない、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ランダムなタイミングでデータを受信した場合において消費電力を低減可能なクロック再生装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、多相クロックを生成する多相クロック生成手段と、前記多相クロックを用いて入力信号をサンプリングするサンプリング手段と、前記サンプリング手段におけるサンプリング結果に基づいて、最適サンプリング位相を決定する位相選択手段と、前記最適サンプリング位相に基づいて、前記入力信号の受信状態の安定度を判定するロック判定を行うロック位相判定手段と、前記ロック位相判定手段における判定結果に基づいて、前記多相クロック生成手段で生成する各多相クロックの有効および無効を制御するクロックイネーブル信号生成手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、ランダムなタイミングでデータを受信した場合において消費電力を低減できる、という効果を奏する。

図１は、実施の形態１のクロック再生装置の構成例を示す図である。 図２は、クロック再生動作を示すフローチャートである。 図３は、実施の形態２のクロック再生装置の構成例を示す図である。 図４は、実施の形態３の通信システムの構成例を示す図である。 図５は、実施の形態３のクロック再生装置の構成例を示す図である。

以下に、本発明にかかるクロック再生装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本実施の形態のクロック再生装置の構成例を示す図である。クロック再生装置１０は、それぞれが異なるＮ個の多相クロックを生成する多相クロック生成部１と、多相クロックを用いて入力信号をサンプリングするＮ個のフリップフロップ（ＦＦ）を持つＦＦ群２と、ＦＦ群２によるサンプリング結果から最適サンプリング位相を決定する位相選択部３と、位相選択部３の指示に従ってデータの選択を行うデータ選択部４と、位相選択部３からの最適サンプリング位相通知により最適サンプリング位相を用いて受信状態の安定度を判定するロック位相判定部５と、ロック位相判定部５からのロックイネーブル信号およびロック位相通知に基づいて、多相クロック生成部１で生成する各多相クロックの有効／無効を制御するクロックイネーブル信号生成部６と、を備える。

つづいて、クロック再生装置１０におけるクロック再生動作およびデータ再生動作について説明する。ここで、データ再生動作については従来同様である。まず、多相クロック生成部１は、Ｎ個の多相クロック（ＣＬＫ（１）〜ＣＬＫ（Ｎ））を生成する。ＦＦ群２は、多相クロック（ＣＬＫ（１）〜ＣＬＫ（Ｎ））を用いてオーバーサンプリングし、Ｎ個のデータ（ＤＡＴＡ（１）〜ＤＡＴＡ（Ｎ））を得る。位相選択部３は、サンプリング結果であるＮ個のデータ（ＤＡＴＡ（１）〜ＤＡＴＡ（Ｎ））に基づいて最適サンプリング位相を選択する。データ選択部４は、位相選択部３の指示に従ってＮ個のデータ（ＤＡＴＡ（１）〜ＤＡＴＡ（Ｎ））から最適サンプリング位相に対応するＤＡＴＡを選択し、出力信号として出力する。

つぎに、クロック再生装置１０におけるクロック再生動作を説明する。図２は、クロック再生動作を示すフローチャートである。特に、ロック位相判定部５における動作を示す。まず、位相選択部３が、前述のデータ再生動作のように、サンプリング結果から最適サンプリング位相を決定し、ロック位相判定部５に対して最適サンプリング位相通知を行う。

ロック位相判定部５は、最適サンプリング位相通知を受けて最適サンプリング位相の情報を取得する（ステップＳ１）。最適サンプリング位相通知の内容としては、サンプリング結果から最適サンプリング位相が決定できた場合はそのサンプリング位相を通知するが、これに限定するものではない。例えば、サンプリング結果から最適サンプリング位相を決定できなかった場合は最適サンプリング位相なしを通知するなど、入力された信号の状態を通知するものとする。また、ロック位相判定部５は、あわせて、ＦＦ群２から、サンプリング結果であるＮ個のデータ（ＤＡＴＡ（１）〜ＤＡＴＡ（Ｎ））を入力する。

つぎに、ロック位相判定部５は、位相選択部３からの最適サンプリング位相通知に基づいて、ロック判定を行う（ステップＳ２）。ロック位相判定部５は、ロック状態と判定するまで待機し（ステップＳ２：Ｎｏ）、ロック状態と判定した場合（ステップＳ２：Ｙｅｓ）、ロックイネーブルをＯＮとしてロックイネーブル信号、およびロック状態と判定したサンプリング位相の情報であるロック位相通知をクロックイネーブル信号生成部６へ送信する（ステップＳ３）。ここで、ロック状態とは、クロック再生装置１０においてクロックやデータが再生できている状態をいう。なお、通知するロック位相は１つのサンプリング位相に限定するものではない。

ロック位相判定部５では、常時最適サンプリング位相通知を確認し、ロック判定およびロック位相判定を行う。まず、ロック位相判定部５は、ロック外れになったか、すなわちロック状態から外れたかどうかを確認する（ステップＳ４）。その結果、ロック外れを検出した場合（ステップＳ４：Ｙｅｓ）、ロック位相判定部５は、ロックイネーブルをＯＦＦとし（ステップＳ５）、ロックイネーブル信号をクロックイネーブル信号生成部６へ送信する。そして、ロック位相判定部５は、位相選択部３からの最適サンプリング位相通知を待つ（ステップＳ１）。

一方、ロック外れを検出していないが（ステップＳ４：Ｎｏ）、ロック位相の変化を検出した場合（ステップＳ６：Ｙｅｓ）、ロック位相判定部５は、ロック位相通知をクロックイネーブル信号生成部６へ送信する（ステップＳ７）。そして、ロック位相判定部５は、引き続きロック外れの確認を行う（ステップＳ４）。なお、ロック外れを検出せず（ステップＳ４：Ｎｏ）、ロック位相の変化を検出しない場合（ステップＳ６：Ｎｏ）、ロック位相判定部５は、同様に、引き続きロック外れの確認を行う（ステップＳ４）。

クロックイネーブル信号生成部６は、ロックイネーブルがＯＮの場合、必要なクロックのみを有効とするようクロックイネーブル信号を生成し、クロックイネーブル信号を多相クロック生成部１へ送信する。一方、クロックイネーブル信号生成部６は、ロックイネーブルがＯＦＦの場合、ロック位相判定部５が動作できるようクロックイネーブル信号を生成し、クロックイネーブル信号を多相クロック生成部１へ送信する。具体的には、全てのクロックを生成するようなクロックイネーブル信号を生成し、多相クロック生成部１へ送信する。なお、クロックイネーブル信号生成部６は、多相クロック生成部１に対して、最大Ｎ個の多相クロックに対応するクロックイネーブル信号を送信する。

また、位相選択部３ではクロックがイネーブルのサンプリング結果のみを使用する必要があることから、クロックイネーブル信号生成部６は、どのクロックがイネーブルであるかを示すクロックディセーブル位相通知を位相選択部３へ送信する。

多相クロック生成部１では、クロックイネーブル信号生成部６からのクロックイネーブル信号に基づいて、必要な成分のサンプリング位相のクロックのみを生成し、ＦＦ群２へ出力する。そして、ＦＦ群２では、クロックを受信したＦＦがオーバーサンプリングを行い、クロックを受信していないＦＦではオーバーサンプリングを実行しない。位相選択部３は、ＦＦ群２からオーバーサンプリングを実行した分のデータ（サンプリング結果）、およびクロックイネーブル信号生成部６からクロックディセーブル位相通知を取得し、必要な成分のサンプリング位相のみを対象に最適サンプリング位相を選択する。このように、クロック数を減らすことにより、各構成において、消費電力を低減することができる。

以上説明したように、本実施の形態では、ロック位相判定部５が受信するデータの安定度を判定し、不要なサンプリング位相を停止する、もしくは必要なサンプリング位相を有効とすることとした。これにより、データ再生までの時間が短いという特徴を維持しつつ、ランダムなタイミングでデータを受信した場合においても、低消費電力化を実現することが可能となる。また、ロック位相判定部５が常に最適サンプリング位相通知をチェックしており、受信データ異常時にロック外れを検出することにより、不要なエラーが発生することを抑制することが可能である。

実施の形態２．
本実施の形態では、ロック判定として位相選択部の最適サンプリング位相通知を使用する。実施の形態１と異なる部分について説明する。

図３は、本実施の形態のクロック再生装置の構成例を示す図である。クロック再生装置１０ａは、多相クロック生成部１と、ＦＦ群２と、ＦＦ群２によるサンプリング結果から最適サンプリング位相を決定する位相選択部３ａと、データ選択部４と、位相選択部３ａからの位相選択イネーブル信号および最適サンプリング位相通知に基づいて、多相クロック生成部１で生成する各多相クロックの有効／無効を制御するクロックイネーブル信号生成部６ａと、を備える。

本実施の形態では、ロック判定として位相選択部３ａの最適サンプリング位相通知を使用する。位相選択部３ａは、受信信号に乱れがあった場合など最適サンプリング位相を選択できなかったときは位相選択イネーブルをＯＦＦとして、クロックイネーブル信号生成部６ａへ位相選択イネーブル信号を送信する。一方、位相選択部３ａは、最適サンプリング位相を選択できたときは位相選択イネーブルをＯＮとして、ロック位相の情報を示すクロックイネーブル信号生成部６ａへ位相選択イネーブル信号、および最適サンプリング位相通知を送信する。

クロックイネーブル信号生成部６ａは、位相選択イネーブル信号がＯＦＦの場合は全Ｎ位相のサンプリングを有効とするクロックイネーブル信号を生成し、多相クロック生成部１へ送信する。一方、クロックイネーブル信号生成部６ａは、位相選択イネーブル信号がＯＮの場合は、最適サンプリング位相通知の情報を用いて必要なクロックのみを有効とするようクロックイネーブル信号を生成し、多相クロック生成部１へ送信する。以降の動作は実施の形態１と同様である。

以上説明したように、本実施の形態では、位相選択部３ａにおいてロック判定の機能を実施することとした。これにより、回路構成が簡易のため実装も簡易になり、さらに、回路規模の縮小による省電力効果を得ることができる。

実施の形態３．
本実施の形態では、複数の装置からの入力信号を想定する。実施の形態１、２と異なる部分について説明する。

図４は、本実施の形態の通信システムの構成例を示す図である。ＰＯＮ（Passive Optical Network）アーキテクチャを使用した通信システムであり、局側装置ＯＬＴ（Optical Line Terminal）２０と、複数のＯＮＵ（Optical Network Unit）３０−１、３０−２が光カプラを介して接続されている。また、ＯＬＴ２０は、クロック再生装置１０ｂと、クロック再生装置１０ｂにおけるクロックの生成を制御するアクセス制御部７と、ＯＮＵ３０−１、３０−２からの信号を受信する光受信部８と、を備える。通常のＰＯＮシステムでは、ＯＮＵ３０−１、３０−２がデータを送信するために使用するクロックはＯＬＴ２０と同期している。そのため、ＯＬＴ２０で受信するデータの位相はＯＮＵ３０−１、３０−２ごとにほぼ固定されている。

図５は、本実施の形態のクロック再生装置の構成例を示す図である。クロック再生装置１０ｂは、多相クロック生成部１と、ＦＦ群２と、位相選択部３ａと、データ選択部４と、位相選択部３ａからの位相選択イネーブル信号および最適サンプリング位相通知、さらにアクセス制御部７からの次ＯＮＵ識別子の情報に基づいて、多相クロック生成部１で生成する各多相クロックの有効／無効を制御するクロックイネーブル信号生成部６ｂと、を備える。クロック再生装置１０ｂは、さらに、クロックイネーブル信号生成部６ｂへ次ＯＮＵ識別子の情報を通知するアクセス制御部７と接続する。

アクセス制御部７は、クロックイネーブル信号生成部６ｂに対して、次に到着する入力信号の送信元ＯＮＵを指示する次ＯＮＵ識別子の情報を通知する。

クロックイネーブル信号生成部６ｂは、位相選択部３ａからの位相選択イネーブル信号および最適サンプリング位相通知に加えて、さらに、アクセス制御部７からの次ＯＮＵ識別子の情報に基づいて、ＯＮＵごとに最適と思われる制御を行って、クロックイネーブル信号を生成し、多相クロック生成部１へ送信する。その他の動作については、実施の形態２と同様である。

以上説明したように、本実施の形態では、複数のＯＮＵから入力信号を受信する場合に、クロックイネーブル信号生成部６ｂが、ＯＮＵ別に制御を行うこととした。これにより、複数のＯＮＵと接続するＯＬＴにおいて、各ＯＮＵからランダムなタイミングでデータを受信した場合においても、低消費電力化を実現することが可能とする。

なお、実施の形態２の構成にアクセス制御部７を追加する場合について説明したが、これに限定するものではない。実施の形態１の構成にアクセス制御部７を追加することも可能である。

以上のように、本発明にかかるクロック再生装置は、データ通信に有用であり、特に、シリアル通信の場合に適している。

１ 多相クロック生成部
２ ＦＦ群
３、３ａ 位相選択部
４ データ選択部
５ ロック位相判定部
６、６ａ、６ｂ クロックイネーブル信号生成部
７ アクセス制御部
８ 光受信部
１０、１０ａ、１０ｂ クロック再生装置
２０ ＯＬＴ
３０−１、３０−２ ＯＮＵ

Claims (9)

1. 多相クロックを生成する多相クロック生成手段と、
   前記多相クロックを用いて入力信号をサンプリングするサンプリング手段と、
   前記サンプリング手段におけるサンプリング結果に基づいて、最適サンプリング位相を決定する位相選択手段と、
   前記最適サンプリング位相に基づいて、前記入力信号の受信状態の安定度を判定するロック判定を行うロック位相判定手段と、
   前記ロック位相判定手段における判定結果に基づいて、前記多相クロック生成手段で生成する各多相クロックの有効および無効を制御するクロックイネーブル信号生成手段と、
   を備えることを特徴とするクロック再生装置。
2. 前記位相選択手段は、前記最適サンプリング位相が決定できたときはそのサンプリング位相を、前記最適サンプリング位相が決定できなかったときはその旨を、前記ロック位相判定手段へ通知する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のクロック再生装置。
3. 前記ロック位相判定手段は、前記最適サンプリング位相、および最適サンプリング位相の遷移状態に基づいてロック判定を行い、前記クロックイネーブル信号生成手段に対して、ロック判定の結果を示すロックイネーブル信号、および１つまたは複数のロック位相を示すロック位相通知を送信する、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載のクロック再生装置。
4. 多相クロックを生成する多相クロック生成手段と、
   前記多相クロックを用いて入力信号をサンプリングするサンプリング手段と、
   前記サンプリング手段におけるサンプリング結果に基づいて最適サンプリング位相を決定し、前記最適サンプリング位相の選択状態を示す位相選択イネーブル信号を生成する位相選択手段と、
   前記最適サンプリング位相および前記位相選択イネーブル信号に基づいて、前記多相クロック生成手段で生成する各多相クロックの有効および無効を制御するクロックイネーブル信号生成手段と、
   を備えることを特徴とするクロック再生装置。
5. 複数の通信装置から入力信号を受ける場合に、さらに、
   前記クロックイネーブル信号生成手段に対して、次に到着する入力信号の送信元通信装置の情報を通知するアクセス制御手段、
   を備え、
   前記クロックイネーブル信号生成手段は、さらに、前記送信元通信装置の情報を用いて、前記多相クロック生成手段で生成する各多相クロックの有効および無効を制御する、
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載のクロック再生装置。
6. 前記クロックイネーブル信号生成手段は、前記位相選択手段に対して、無効であるクロックの情報を通知する、
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のクロック再生装置。
7. 多相クロックを生成する多相クロック生成ステップと、
   前記多相クロックを用いて入力信号をサンプリングするサンプリングステップと、
   前記サンプリングステップにおけるサンプリング結果に基づいて、最適サンプリング位相を決定する位相選択ステップと、
   前記最適サンプリング位相に基づいて、前記入力信号の受信状態の安定度を判定するロック判定を行うロック位相判定ステップと、
   前記ロック位相判定ステップにおける判定結果に基づいて、前記多相クロック生成ステップにおいて生成する各多相クロックの有効および無効を制御するクロックイネーブル信号生成ステップと、
   を含むことを特徴とするクロック再生方法。
8. 多相クロックを生成する多相クロック生成ステップと、
   前記多相クロックを用いて入力信号をサンプリングするサンプリングステップと、
   前記サンプリング手段におけるサンプリング結果に基づいて最適サンプリング位相を決定し、前記最適サンプリング位相の選択状態を示す位相選択イネーブル信号を生成する位相選択ステップと、
   前記最適サンプリング位相および前記位相選択イネーブル信号に基づいて、前記多相クロック生成ステップにおいて生成する各多相クロックの有効および無効を制御するクロックイネーブル信号生成ステップと、
   を含むことを特徴とするクロック再生方法。
9. 複数の通信装置から入力信号を受ける場合に、さらに、
   次に到着する入力信号の送信元通信装置の情報を通知するアクセス制御ステップ、
   を含み、
   前記クロックイネーブル信号生成ステップでは、さらに、前記送信元通信装置の情報を用いて、前記多相クロック生成ステップにおいて生成する各多相クロックの有効および無効を制御する、
   ことを特徴とする請求項７または８に記載のクロック再生方法。

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