JP2014107610A - Receiving circuit for start-stop synchronous serial transmission and receiving method of start-stop synchronous serial transmission - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、調歩同期方式によるシリアル伝送の受信回路および調歩同期シリアル伝送の受信方法に関する。 Embodiments described herein relate generally to a serial transmission receiving circuit and an asynchronous serial transmission receiving method using an asynchronous method.
従来、一般的な調歩同期方式の伝送回路は、第1に、オールデジタルで構成可能なこと、第2に、その回路にかかるコストが、伝送ラインのデータにクロック信号を重畳したクロック同期方式による伝送回路と比較して小さいこと、第3に、廉価なFPGA(Field-Programmable Gate Array)デバイスへの実装が容易なこと、第4に、伝送ラインが最少1本(片方向の場合もしくは半二重の双方向の場合)で済むこと、などの利点がある。一方、調歩同期方式の伝送回路では、伝送速度(ビットレート)の上限が伝送回路の動作周波数の1/16程度になることから、一般的な調歩同期方式によるシリアル伝送は、動作周波数が数十MHzから100MHzを超える程度である際に、その伝送速度が最高でも数Mbps程度に抑えられてしまう欠点がある。 2. Description of the Related Art Conventionally, a general asynchronous transmission circuit can be configured in an all-digital manner, and secondly, the cost of the circuit depends on a clock synchronization method in which a clock signal is superimposed on transmission line data. It is small compared to the transmission circuit, and thirdly, it can be easily mounted on an inexpensive field-programmable gate array (FPGA) device, and fourthly, the number of transmission lines is at least one (one-way or two-way). (In the case of heavy bidirectional)) On the other hand, in an asynchronous transmission system, the upper limit of the transmission rate (bit rate) is about 1/16 of the operating frequency of the transmission circuit. There is a drawback that when the transmission rate is from 100 MHz to over 100 MHz, the transmission speed is limited to several Mbps at the maximum.
概ね100Mbpsを超える高速シリアル伝送では、前述したクロック同期方式によるシリアル伝送が主流である。この同期方式には、第1に、一部がアナログ回路で構成される、第2に、その回路コストが調歩同期方式による伝送回路と比較して大きい、という欠点がある。このような欠点があるにもかかわらず調歩同期方式が採用されずに、クロック同期方式が採用される理由は、前述したように、調歩同期方式では、動作周波数を定めた際の伝送速度に上限があり、同じ動作周波数の条件のもとでクロック同期方式より伝送速度が低くなるからである。例えば、一般的な調歩同期方式によるシリアル伝送で100Mbpsの伝送速度を実現するには伝送回路の動作周波数を最低でも1.6GHz程度にしなければならない。これは回路技術的に実現可能であっても、デバイスや実装にかかるコストが大幅に跳ね上がるため現実的ではない。そうしたことから、調歩同期方式の伝送速度の上限を伝送回路の動作周波数の従前の1/16程度から1/1程度まで引き上げるための回路技術や方法がいくつか考案されている。 In high-speed serial transmission exceeding about 100 Mbps, serial transmission based on the clock synchronization method described above is the mainstream. This synchronization method has a disadvantage that firstly, a part of it is constituted by an analog circuit, and secondly, its circuit cost is higher than that of a transmission circuit using the start-stop synchronization method. The reason why the clock synchronization method is adopted instead of the start-stop synchronization method in spite of such drawbacks is that, as described above, the start-stop synchronization method has an upper limit on the transmission speed when the operating frequency is determined. This is because the transmission speed is lower than that of the clock synchronous system under the same operating frequency conditions. For example, in order to achieve a transmission rate of 100 Mbps by serial transmission using a general asynchronous process, the operating frequency of the transmission circuit must be at least about 1.6 GHz. Even if this is feasible in terms of circuit technology, it is not practical because the cost for devices and mounting will increase significantly. For this reason, several circuit techniques and methods have been devised for raising the upper limit of the transmission speed of the asynchronous system from about 1/16 of the operating frequency of the transmission circuit to about 1/1.
例えば、第1の方法として、多相クロックで受信信号をサンプリングして、最終的には、その多相クロックの中から受信信号のビットデータに最も同期しているクロックを選択する方法がある。この選択されたクロックで受信回路を動作させることで伝送速度を伝送回路の動作周波数の1/1程度にしている。また、第2の方法および第3の方法として、多相クロック等で受信信号をサンプリングして、このサンプリング結果の変化点をもとに、基準クロックに最も同期しているサンプリング信号を選択する方法がある。 For example, as a first method, there is a method in which a received signal is sampled with a multiphase clock, and finally a clock that is most synchronized with the bit data of the received signal is selected from the multiphase clock. By operating the receiving circuit with this selected clock, the transmission speed is reduced to about 1/1 of the operating frequency of the transmission circuit. In addition, as a second method and a third method, a received signal is sampled with a multiphase clock or the like, and a sampling signal that is most synchronized with the reference clock is selected based on a change point of the sampling result. There is.
しかしながら前述した第1および第2の方法は、伝送ラインのビットデータにクロック信号を重畳するクロック同期方式のシリアル伝送を対象としたビット単位の同期方法であり、調歩同期方式のようにフレーム単位、つまりスタートビットからストップビットまでのビットの集合の単位での同期を想定していない。すなわち前述した第1および第2の方法は調歩同期方式にとって過剰仕様であり、必然的に回路構造が複雑になる。その具体例を次に示す。 However, the first and second methods described above are bit-wise synchronization methods for clock-synchronous serial transmission in which a clock signal is superimposed on bit data of a transmission line, and are frame-by-frame like the asynchronous method. In other words, synchronization in units of a set of bits from the start bit to the stop bit is not assumed. That is, the above-described first and second methods are over-specification for the asynchronous method, and the circuit structure is inevitably complicated. Specific examples are shown below.
まず、前述した第1の方法は、受信回路の動作クロックが動的に切り替わるため、受信回路を実装する際は動的に変化する動作クロックのタイミングを考慮しなければならない。特に、近年になって多用されるようになったFPGAデバイスは、このような回路の実装には向いておらず、その検証の複雑さ、つまり動作クロックの切り替えタイミングの組み合わせをすべて網羅する必要と相まって実装は大変困難である。 First, since the operation clock of the receiving circuit is dynamically switched in the first method described above, the timing of the operation clock that dynamically changes must be taken into account when the receiving circuit is mounted. In particular, FPGA devices that have become widely used in recent years are not suitable for mounting such circuits, and it is necessary to cover all the complexity of verification, that is, combinations of operation clock switching timings. Together, implementation is very difficult.
前述した第2の方法では、偏移計算回路とカウンタを設け、そのカウンタの閾値を可変とすることでビット単位での同期の応答性・安定性の両立を図っている。これは、プリアンブルの受信中に素早く同期をとり、データの受信中は、その同期状態を安定的に維持する必要があるクロック同期方式に必要な機能ではあるが、プリアンブルがない調歩同期方式には適用できない。この第2の方法では、同期FIFO(First In First Out buffer)と、その同期FIFOの書き込みとを制御する機構が必要である。 In the second method described above, a deviation calculation circuit and a counter are provided, and the threshold value of the counter is made variable, thereby achieving both responsiveness and stability of synchronization in bit units. This is a necessary function for clock synchronization systems that need to synchronize quickly during reception of the preamble and to maintain the synchronization state stably during data reception. Not applicable. The second method requires a mechanism for controlling a synchronous FIFO (First In First Out buffer) and writing of the synchronous FIFO.
また、前述した第3の方法は、第1および第2の方法とは異なり、その対象を調歩同期方式のシリアル伝送に限定している。つまり第1および第2の方法のように、ビット単位での同期ではなくフレーム単位での同期に特化している特徴を持つ。しかしこの方法ではシフトレジスタ回路が多相クロックの数だけ必要となるため回路コストが高くなる問題がある。その他にも多相クロックが非常に多くの回路ブロックに供給されているため、第11の方法ほどではないにせよ、FPGAデバイスへの実装にはクロックドメイン管理やタイミング制約で苦労することが予想される。 The third method described above is different from the first and second methods in that the target is limited to asynchronous transmission of serial transmission. In other words, as in the first and second methods, there is a feature specialized in synchronization in units of frames, not in units of bits. However, this method has a problem that the circuit cost increases because the shift register circuit is required by the number of multiphase clocks. In addition, since a multi-phase clock is supplied to a large number of circuit blocks, it is expected that the implementation to the FPGA device will be difficult due to clock domain management and timing constraints, although not as much as the eleventh method. The
本発明が解決しようとする課題は、簡素な回路構成によって調歩同期方式の伝送速度を伝送回路の動作周波数とほぼ同じまでに引き上げることが可能になる調歩同期シリアル伝送受信回路および調歩同期シリアル伝送の受信方法を提供することにある。 The problem to be solved by the present invention is to provide a start-stop serial transmission receiving circuit and start-stop synchronous serial transmission capable of increasing the transmission speed of the start-stop synchronization method to almost the same as the operation frequency of the transfer circuit with a simple circuit configuration. It is to provide a receiving method.
実施形態によれば、調歩同期シリアル伝送の受信回路は、受信信号を、周波数が等しい複数のクロック信号でなり、1つを基準クロック信号としたN個の多相クロック信号を用いてサンプリングするN個のサンプリング回路と、前記多相クロック信号のうち前記基準クロック信号におけるサイクルにおいて、前記サンプリング回路によりサンプリングした信号の立ち下がりエッジもしくは立ち上がりエッジを検出するN個のエッジ検出回路とをもつ。この受信回路は、前記エッジ検出回路による検出結果を前記基準クロック信号のサイクル毎にデコードして、前記デコードの結果に基づいて、前記サンプリング回路による前記N個のサンプリングした信号の中から前記受信信号に応じた信号として適切な1つの信号を選択する選択回路と、前記選択回路により選択した前記サンプリングした信号をシリアル−パラレル変換する変換回路とをもつ。 According to the embodiment, the asynchronous serial transmission receiver circuit samples a received signal using N multiphase clock signals, each of which includes a plurality of clock signals having the same frequency, and one of which is a reference clock signal. A plurality of sampling circuits, and N edge detection circuits for detecting a falling edge or a rising edge of a signal sampled by the sampling circuit in a cycle of the reference clock signal among the multiphase clock signals. The reception circuit decodes the detection result of the edge detection circuit every cycle of the reference clock signal, and based on the decoding result, the reception signal is selected from the N sampled signals of the sampling circuit. A selection circuit that selects an appropriate signal as a signal corresponding to the signal, and a conversion circuit that performs serial-parallel conversion on the sampled signal selected by the selection circuit.
本発明によれば、簡素な回路構成によって調歩同期方式の伝送速度を伝送回路の動作周波数とほぼ同じまでに引き上げることが可能になる。 According to the present invention, it is possible to increase the transmission speed of the start-stop synchronization method to almost the same as the operating frequency of the transmission circuit with a simple circuit configuration.
以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。
(第1の実施形態)
まず、第1の実施形態について説明する。
図1は、第1の実施形態における調歩同期シリアル伝送の受信回路の一例を示すブロック図である。なお本実施形態においては、調歩同期シリアル伝送の受信回路は、4相クロック信号を利用すること前提に説明するが、8相や12相などの、4相以上のクロック信号を利用した構成にすることもできる。
Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
First, the first embodiment will be described.
FIG. 1 is a block diagram illustrating an example of a receiver circuit for asynchronous serial transmission according to the first embodiment. In this embodiment, the reception circuit for asynchronous serial transmission is described on the assumption that a 4-phase clock signal is used. However, a configuration using a clock signal of 4 phases or more such as 8 phases and 12 phases is used. You can also.
図1に示すように、第1の実施形態における調歩同期シリアル伝送の受信回路は、4相クロック生成回路10、ノイズ除去回路11、4相サンプリング回路12、立ち下がりエッジ検出回路13、サンプリング信号選択回路14、4入力マルチプレクサ15、およびシリアル−パラレル変換回路16を備える。
As shown in FIG. 1, the receiver circuit for asynchronous serial transmission in the first embodiment includes a four-phase
図1に示した4相クロック生成回路10は、半導体デバイス1の外部より、入力端子および入力バッファを介して入力するクロック信号から、4つのクロック信号(φ0、φ1、φ2、φ3)を出力する回路である。4相クロック生成回路10が入力するクロック信号の周波数は問わないが、4相クロック生成回路10は、出力するそれぞれのクロック信号については、半導体デバイス1の外部より入力する受信信号の伝送速度とほぼ等しい周波数になるように調整する機能を持つ。
The four-phase
ここで「ほぼ等しい」と説明した理由は、実際のクロック信号の周波数や伝送速度には揺らぎや誤差が存在し、厳密かつ継続的にそれらを「等しく」させることは不可能だからである。図1の調歩シリアル伝送の受信回路は、前述した揺らぎの影響は当然のこと、製造上のばらつきなどによる多少の誤差等で誤動作しないような構成になっている。 The reason described as “substantially equal” is that there are fluctuations and errors in the frequency and transmission speed of the actual clock signal, and it is impossible to make them “equal” strictly and continuously. The receiver circuit for asynchronous serial transmission in FIG. 1 is configured so that it does not malfunction due to some errors due to manufacturing variations, as well as the influence of the aforementioned fluctuation.
本実施形態では、4相クロック生成回路10が出力するクロック信号φ0、φ1、φ2、φ3のうちクロック信号φ0を基準クロック信号とし、それ以外のクロック信号φ1、φ2、φ3はφ0に対してそれぞれ位相が90度、180度、270度遅れたクロック信号とする。つまり、各クロック信号は、受信信号の伝送速度と同等のスピードで位相が等間隔にずれた信号である。4相クロック生成回路10の構成は、単純な分周カウンタだけで構成することもできるし、昨今のFPGAデバイスでは標準搭載されているDLL(Delayed Lock Loop)回路で構成することもできる。
In the present embodiment, among the clock signals φ0, φ1, φ2, and φ3 output from the four-phase
図1に示したノイズ除去回路11は、半導体デバイス1の外部より、入力端子および入力バッファを介して入力する受信信号に含まれるノイズを除去する回路である。従来の一般的な調歩同期方式の受信回路では、基準クロック信号でサンプリングした後にノイズ除去回路に相当する回路を設けることが多い。これに対し、図1に示した受信回路では、基準クロック信号φ0の周波数の値が受信信号の伝送速度の値とほぼ等しいため、非サンプリング方式のノイズ除去回路、例えば、多段の遅延セルと論理和セルなどで構成される回路を最入力段に設けることが望ましい。
The
図1に示した4相サンプリング回路12は、ノイズ除去回路11によるノイズ除去後の受信信号SIを4相クロック信号φ0、φ1、φ2、φ3でサンプリングする回路である。その具体的な構成および各クロック信号のタイミングチャートは図2(a),(b)にそれぞれ示す通りであり、メタステーブル(metastable)対策のため各クロック信号に対してフリップフロップを2段ずつ並べた構成にしている。
The four-
図2(a)に示した例では、4相サンプリング回路12は、Dフリップフロップであるラッチ回路12a,12b,12c,12d,12e,12f,12g,12hを有する。ラッチ回路12a,12b,12c,12dは、受信信号の受信側からみた1段目のラッチ回路であり、ラッチ回路12e,12f,12g,12hは、受信信号の受信側からみた2段目のラッチ回路である。
In the example shown in FIG. 2A, the four-
受信信号SIは、ラッチ回路12a,12b,12c,12dに入力される。
クロック信号φ0は、ラッチ回路12a,12eに入力される。クロック信号φ1は、ラッチ回路12b,12fに入力される。クロック信号φ2は、ラッチ回路12c,12gに入力される。クロック信号φ3は、ラッチ回路12d,12hに入力される。
The reception signal SI is input to the
The clock signal φ0 is input to the
ラッチ回路12aの出力信号SX_0は、ラッチ回路12eに入力される。ラッチ回路12bの出力信号SX_1は、ラッチ回路12fに入力される。ラッチ回路12cの出力信号SX_2は、ラッチ回路12gに入力される。ラッチ回路12dの出力信号SX_3は、ラッチ回路12hに入力される。
The output signal SX_0 of the latch circuit 12a is input to the
ラッチ回路12eの出力信号は、サンプリング信号SX0として立ち下がりエッジ検出回路13に出力される。ラッチ回路12fの出力信号は、サンプリング信号SX1として立ち下がりエッジ検出回路13に出力される。ラッチ回路12gの出力信号は、サンプリング信号SX2として立ち下がりエッジ検出回路13に出力される。ラッチ回路12hの出力信号は、サンプリング信号SX3として立ち下がりエッジ検出回路13に出力される。
The output signal of the
図1の立ち下がりエッジ検出回路13は、4相サンプリング回路12で各々サンプリングして得たサンプリング信号SX0、SX1、SX2、SX3の立ち下がりエッジを検出する回路である。その具体的な構成は図3に示す通りであり、各サンプリング信号に対してフリップフロップを2段ずつ並べた構成にしている。
The falling
立ち下がりエッジ検出回路13における、図2に示したサンプリング回路12との違いは、使用するクロック信号が基準クロック信号φ0のみであることと、エッジ検出のための、サンプリング信号の数に応じた数のAND回路が追加されていることである。立ち下がりエッジ検出回路13は、エッジ検出の結果の信号を、DET0、DET1、DET2、DET3として出力している。図3に示した例では、サンプリング信号の立ち下がりエッジを検出する構成としているが、受信信号の論理レベルによっては立ち上がりエッジを検出する構成であってもよい。
The difference between the falling
図3に示した例では、立ち下がりエッジ検出回路13は、Dフリップフロップであるラッチ回路13a,13b,13c,13d,13e,13f,13g,13hを有し、AND回路13i,13j,13k,13lをさらに有する。
In the example shown in FIG. 3, the falling
ラッチ回路13a,13b,13c,13dは、サンプリング信号の受信側からみた1段目のラッチ回路であり、ラッチ回路13e,13f,13g,13hは、サンプリング信号の受信側からみた2段目のラッチ回路である。
The
ラッチ回路13a,13b,13c,13dは、第1の出力端子および第2の出力端子を有する。第1の出力端子は、入力した信号のレベルを反転せずに出力する端子であり、第2の出力端子は、入力した信号のレベルを反転して出力する端子である。
サンプリング回路12からのサンプリング信号SX0は、ラッチ回路13aに入力される。サンプリング回路12からのサンプリング信号SX1は、ラッチ回路13bに入力される。サンプリング回路12からのサンプリング信号SX2は、ラッチ回路13cに入力される。サンプリング回路12からのサンプリング信号SX3は、ラッチ回路13dに入力される。
クロック信号φ0は、ラッチ回路13a,13b,13c,13d,13e,13f,13g,13hに入力される。また、サンプリング回路12と異なり、クロック信号φ1,φ2,φ3は、立ち下がりエッジ検出回路13には入力されない。
The sampling signal SX0 from the
The clock signal φ0 is input to the
ラッチ回路13aの第1の出力端子からの出力信号SS_0は、ラッチ回路13eに入力される。ラッチ回路13aの第2の出力端子からの出力信号は、AND回路13iに入力される。
ラッチ回路13eの出力信号は、サンプリング信号SS0として4入力マルチプレクサ15に出力されるとともに、AND回路13iに入力される。
The output signal SS_0 from the first output terminal of the
The output signal of the
ラッチ回路13bの第1の出力端子からの出力信号SS_1は、ラッチ回路13fに入力される。ラッチ回路13bの第2の出力端子からの出力信号は、AND回路13jに入力される。
ラッチ回路13fの出力信号は、サンプリング信号SS1として4入力マルチプレクサ15に出力されるとともに、AND回路13jに入力される。
The output signal SS_1 from the first output terminal of the latch circuit 13b is input to the latch circuit 13f. An output signal from the second output terminal of the latch circuit 13b is input to the AND
The output signal of the latch circuit 13f is output to the 4-
ラッチ回路13cの第1の出力端子からの出力信号SS_2は、ラッチ回路13gに入力される。ラッチ回路13cの第2の出力端子からの出力信号は、AND回路13kに入力される。
ラッチ回路13gの出力信号は、サンプリング信号SS2として4入力マルチプレクサ15に出力されるとともに、AND回路13kに入力される。
The output signal SS_2 from the first output terminal of the
The output signal of the
ラッチ回路13dの第1の出力端子からの出力信号SS_3は、ラッチ回路13hに入力される。ラッチ回路13dの第2の出力端子からの出力信号は、AND回路13lに入力される。
ラッチ回路13hの出力信号は、サンプリング信号SS3として4入力マルチプレクサ15に出力されるとともに、AND回路13lに入力される。
The output signal SS_3 from the first output terminal of the
The output signal of the
AND回路13iの出力信号は、立ち下がりエッジ検出信号DET0としてサンプリング信号選択回路14に出力される。AND回路13jの出力信号は、立ち下がりエッジ検出信号DET1としてサンプリング信号選択回路14に出力される。AND回路13kの出力信号は、立ち下がりエッジ検出信号DET2としてサンプリング信号選択回路14に出力される。AND回路13lの出力信号は、立ち下がりエッジ検出信号DET3としてサンプリング信号選択回路14に出力される。
The output signal of the AND circuit 13i is output to the sampling
図1に示したサンプリング信号選択回路14は、立ち下がりエッジ検出信号DET0、DET1、DET2、DET3をデコードして、その結果をもとにして、立ち下がりエッジ検出回路13からのサンプリング信号SS0、SS1、SS2、SS3の中から後段の受信処理に最も適した信号を選択するための回路である。実際の信号選択は4入力マルチプレクサ15が行う。
The sampling
サンプリング信号選択回路14の具体的な構成は図4に示す通りである。本実施形態では、サンプリング信号選択回路14が、シリアル−パラレル変換回路16からアイドル信号IDLEを入力する構成としている。このアイドル信号IDLEは、シリアル−パラレル変換回路16のステート状態がアイドルステートであることを示している。
The specific configuration of the sampling
具体的には、アイドル信号IDLEは、シリアル−パラレル変換回路16が受信信号のスタートビットを認識すると論理レベルが「0」になり、シリアル−パラレル変換回路16が受信信号のストップビットを認識すると論理レベルが「1」になる信号である。
Specifically, the idle signal IDLE has a logic level “0” when the serial-
このアイドル信号IDLEによってシリアル−パラレル変換回路16が受信信号のスタートビットを認識してからストップビットを認識するまでの間、すなわちフレームを受信している最中は、選択信号SELが固定されるよう制御される。つまり、サンプリング信号選択回路14は、受信信号のスタートビットを認識するまでは、受信処理に最も適した信号を選択し続け、フレームの受信中は伝送フレームの終了時まで選択の状態を保持し続けるよう制御される。
With this idle signal IDLE, the selection signal SEL is fixed between the time when the serial-
また、サンプリング信号選択回路14は、立ち下がりエッジ検出回路13が、受信信号のサンプリング結果で示されるスタートビットの立ち下がりエッジもしくは立ち上がりエッジを検知したタイミングで信号の選択動作を行なうので、この検知したタイミング以外では以前の選択状態を保持する。
The sampling
図4に示したサンプリング信号選択回路14は、AND回路14a,14b,14c,14d、OR回路14e,14f,14g、AND回路14h、イネーブル付きのDフリップフロップであるラッチ回路14i,14jを有する。サンプリング信号選択回路14では、AND回路14a,14b,14c,14dでデコード回路が構成される。このデコード回路は、立ち下がりエッジ検出信号DET0、DET1、DET2、DET3を基準クロック信号のサイクル毎にデコードするための回路である。
The sampling
立ち下がりエッジ検出信号DET0は、AND回路14a,14b,14c,14dに入力される。ただし、立ち下がりエッジ検出信号DET0は、AND回路14a,14b,14dでは反転されて入力される。
立ち下がりエッジ検出信号DET1は、AND回路14a,14b,14c,14dに入力される。ただし、立ち下がりエッジ検出信号DET1は、AND回路14a,14bでは反転されて入力される。
立ち下がりエッジ検出信号DET2は、AND回路14a,14b,14c,14dに入力される。ただし、立ち下がりエッジ検出信号DET2は、AND回路14bでは反転されて入力される。
立ち下がりエッジ検出信号DET3は、AND回路14a,14b,14c,14dに入力される。
The falling edge detection signal DET0 is input to the AND
The falling edge detection signal DET1 is input to the AND
The falling edge detection signal DET2 is input to the AND
The falling edge detection signal DET3 is input to the AND
AND回路14aの出力信号DET_0はOR回路14eに入力される。AND回路14bの出力信号DET_1はOR回路14e,14fに入力される。AND回路14cの出力信号DET_2はOR回路14e,14gに入力される。AND回路14dの出力信号DET_3はOR回路14e,14f,14gに入力される。
The output signal DET_0 from the AND
アイドル信号IDLEおよびOR回路14eの出力信号はAND回路14hに入力される。AND回路14hの出力信号は、ラッチ回路14i,14jのイネーブル端子に入力される。
The idle signal IDLE and the output signal of the
OR回路14fの出力信号はラッチ回路14iに入力される。OR回路14gの出力信号はラッチ回路14jに入力される。
クロック信号φ0は、ラッチ回路14i,14jに入力される。クロック信号φ1,φ2,φ3は、サンプリング信号選択回路14には入力されない。
The output signal of the
The clock signal φ0 is input to the
ラッチ回路14iの出力信号は、選択信号SEL[0]として4入力マルチプレクサ15に入力される。
ラッチ回路14jの出力信号は、選択信号SEL[1]として4入力マルチプレクサ15に入力される。
The output signal of the latch circuit 14i is input to the 4-
The output signal of the
4入力マルチプレクサ15は、サンプリング信号選択回路14からの選択信号SEL[1]および選択信号SEL[0]がともに「0」である場合は、立ち下がりエッジ検出回路13からのサンプリング信号SS0を選択して、受信信号Sとしてシリアル−パラレル変換回路16に出力する。
The 4-
また、4入力マルチプレクサ15は、サンプリング信号選択回路14からの選択信号SEL[1]が「0」であって、選択信号SEL[0]が「1」である場合は、立ち下がりエッジ検出回路13からのサンプリング信号SS1を選択して、受信信号Sとしてシリアル−パラレル変換回路16に出力する。
Further, the 4-
また、4入力マルチプレクサ15は、サンプリング信号選択回路14からの選択信号SEL[1]が「1」であって、選択信号SEL[0]が「0」である場合は、立ち下がりエッジ検出回路13からのサンプリング信号SS2を選択して、受信信号Sとしてシリアル−パラレル変換回路16に出力する。
Further, the 4-
また、4入力マルチプレクサ15は、サンプリング信号選択回路14からの選択信号SEL[1]および選択信号SEL[0]がともに「1」である場合は、立ち下がりエッジ検出回路13からのサンプリング信号SS3を選択して、受信信号Sとしてシリアル−パラレル変換回路16に出力する。
このように選択される信号は、受信信号SIのスタートビットのビット長の中央部に近いタイミングで立ち上がるクロック信号によりサンプリングされた信号となる。
The 4-
The signal selected in this way is a signal sampled by a clock signal that rises at a timing close to the center of the bit length of the start bit of the reception signal SI.
また、4相サンプリング回路12の1段目のラッチ回路12a,12b,12c,12dからの信号SX_0〜SX_3に対し、2段目のラッチ回路12e,12f,12g,12hからのサンプリング信号SX0〜SX3は1周期分遅れて出力される。
Further, the sampling signals SX0 to SX3 from the second
また、4相サンプリング回路12からのサンプリング信号SX0〜SX3に対し、立ち下がりエッジ検出回路13内のラッチ回路13a,13b,13c,13dからの信号SS_0〜SS_3は最大1周期分遅れて出力される。
Further, the signals SS_0 to SS_3 from the
立ち下がりエッジ検出回路13では、ラッチ回路13a〜13hへ入力されるクロック信号は等しくφ0のみであるため、ラッチ回路13a〜13dからの信号SS_0〜SS_3の出力タイミングは同じとなる。そして、ラッチ回路13e〜13hからのサンプリング信号SS0〜SS3の出力タイミングは、ラッチ回路13a〜13dからの信号SS_0〜SS_3の出力タイミングより1周期遅れたタイミングとなる。
In the falling
また、立ち下がりエッジ検出回路13内の立ち下がりエッジ検出信号DET0〜DET3の出力タイミングは、前述した信号SS_0〜SS_3の立ち下がりに同期したタイミングとなる。
The output timing of the falling edge detection signals DET0 to DET3 in the falling
ここで、受信信号の入力からサンプリング信号の出力までの具体例を挙げる。
図5、図6、図7、図8は、第1の実施形態におけるサンプリング回路12の動作波形の一例を示すタイミングチャートである。
サンプリング回路12の出力信号SX0,SX1,SX2,〜SX3は、受信信号SIと基準クロック信号φ0との位相差により、以下の4種類の波形をなす。
Here, a specific example from the input of the received signal to the output of the sampling signal will be given.
5, 6, 7 and 8 are timing charts showing examples of operation waveforms of the
The output signals SX0, SX1, SX2, to SX3 of the
第1の波形は、図5に示した、受信信号SIのスタートビットのパルス中央部に近いタイミング、つまりパルスの立ち下がりのタイミングと、その後の立ち上がりのタイミングの丁度中間付近のタイミングで受信信号SIのスタートビットをサンプリングしているクロック信号がφ0である際の波形である。
第2の波形は、図6に示した、受信信号SIのパルス中央部に近いタイミングで受信信号SIのスタートビットをサンプリングしているクロック信号がφ1である際の波形である。
The first waveform shown in FIG. 5 is received signal SI at a timing close to the center of the pulse of the start bit of received signal SI, that is, just near the middle of the pulse falling timing and the subsequent rising timing. This is a waveform when the clock signal sampling the start bit is φ0.
The second waveform is the waveform shown in FIG. 6 when the clock signal sampling the start bit of the reception signal SI at a timing close to the center of the pulse of the reception signal SI is φ1.
第3の波形は、図7に示した、受信信号SIのパルス中央部に近いタイミングで受信信号SIのスタートビットをサンプリングしているクロック信号がφ2である際の波形である。 The third waveform is the waveform shown in FIG. 7 when the clock signal sampling the start bit of the reception signal SI at a timing close to the center of the pulse of the reception signal SI is φ2.
第4の波形は、図8に示した、受信信号SIのパルス中央部に近いタイミングで受信信号SIのスタートビットをサンプリングしているクロック信号がφ3である際の波形である。 The fourth waveform is the waveform shown in FIG. 8 when the clock signal sampling the start bit of the reception signal SI at a timing close to the center of the pulse of the reception signal SI is φ3.
次に、上述した第1の波形の詳細について説明する。
この第1の波形では、受信信号SIのスタートビットが立ち下がった後では、各種クロック信号は、クロック信号φ2,φ3,φ0,φ1の順に立ち上がる。
Next, details of the first waveform described above will be described.
In the first waveform, after the start bit of the reception signal SI falls, the various clock signals rise in the order of clock signals φ2, φ3, φ0, and φ1.
受信信号SIのスタートビットが立ち下がって「0」となっている状態でクロック信号φ2が立ち上がると、ラッチ回路12cの出力信号SX_2は、スタートビットに応じて立ち下がって「0」となる。
そして、出力信号SX_2が立ち下がって「0」となってからクロック信号φ2が立ち上がったタイミングで、2段目のラッチ回路12gの出力信号SX2が立ち下がって「0」となる。
When the clock signal φ2 rises in a state where the start bit of the reception signal SI falls and becomes “0”, the output signal SX_2 of the
Then, at the timing when the clock signal φ2 rises after the output signal SX_2 falls and becomes “0”, the output signal SX2 of the second
受信信号SIのスタートビットが立ち下がって「0」となっている状態でクロック信号φ3が立ち上がると、ラッチ回路12dの出力信号SX_3は、スタートビットに応じて立ち下がって「0」となる。
そして、出力信号SX_3が立ち下がって「0」となってからクロック信号φ3が立ち上がったタイミングで、2段目のラッチ回路12hの出力信号SX3が立ち下がって「0」となる。
When the clock signal φ3 rises while the start bit of the reception signal SI falls to “0”, the output signal SX_3 of the
Then, at the timing when the clock signal φ3 rises after the output signal SX_3 falls and becomes “0”, the output signal SX3 of the second-
受信信号SIのスタートビットが立ち下がって「0」となっている状態でクロック信号φ0が立ち上がると、ラッチ回路12aの出力信号SX_0は、スタートビットに応じて立ち下がって「0」となる。
そして、出力信号SX_0が立ち下がって「0」となってからクロック信号φ0が立ち上がったタイミングで、2段目のラッチ回路12eの出力信号SX0は、スタートビットに応じて立ち下がって「0」となる。
When the clock signal φ0 rises in a state where the start bit of the received signal SI falls and becomes “0”, the output signal SX_0 of the latch circuit 12a falls according to the start bit and becomes “0”.
Then, at the timing when the clock signal φ0 rises after the output signal SX_0 falls to “0”, the output signal SX0 of the second-
受信信号SIのスタートビットが立ち下がって「0」となっている状態でクロック信号φ1が立ち上がると、ラッチ回路12bの出力信号SX_1が立ち下がって「0」となる。
そして、出力信号SX_1が立ち下がって「0」となってからクロック信号φ1が立ち上がったタイミングで、2段目のラッチ回路12fの出力信号SX1が立ち下がって「0」となる。
When the clock signal φ1 rises in a state where the start bit of the reception signal SI falls and becomes “0”, the output signal SX_1 of the latch circuit 12b falls and becomes “0”.
Then, at the timing when the clock signal φ1 rises after the output signal SX_1 falls and becomes “0”, the output signal SX1 of the second-
したがって、受信信号SIのスタートビットの立ち下がり後の1段目のラッチ回路12a〜12dの出力信号SX_0〜SX_3の出力順序、つまり出力信号が「0」となる順序は、SX_2,SX_3,SX_0,SX_1の順となる。そして、受信信号SIの立ち下がり後の2段目のラッチ回路12e〜12hの出力信号SX0〜SX3の出力順序、つまり出力信号が「0」となる順序は、SX2,SX3,SX0,SX1の順となる。
Therefore, the output order of the output signals SX_0 to SX_3 of the first-stage latch circuits 12a to 12d after the falling edge of the start bit of the received signal SI, that is, the order in which the output signals become “0” is SX_2, SX_3, SX_0, The order is SX_1. The output order of the output signals SX0 to SX3 of the second-
次に、上述した第2の波形の詳細について説明する。
この第2の波形では、受信信号SIのスタートビットが立ち下がった後では、各種クロック信号は、クロック信号φ3,φ0,φ1,φ2の順に立ち上がる。
Next, details of the second waveform described above will be described.
In the second waveform, after the start bit of the reception signal SI falls, the various clock signals rise in the order of the clock signals φ3, φ0, φ1, and φ2.
したがって、受信信号SIのスタートビットの立ち下がり後の1段目のラッチ回路12a〜12dの出力信号SX_0〜SX_3の出力順序、つまり出力信号が「0」となる順序は、SX_3,SX_0,SX_1,SX_2の順となる。そして、受信信号SIの立ち下がり後の2段目のラッチ回路12e〜12hの出力信号SX0〜SX3の出力順序、つまり出力信号が「0」となる順序は、SX3,SX0,SX1,SX2の順となる。
Therefore, the output order of the output signals SX_0 to SX_3 of the first-stage latch circuits 12a to 12d after the falling edge of the start bit of the received signal SI, that is, the order in which the output signals become “0” is SX_3, SX_0, SX_1, The order is SX_2. The output order of the output signals SX0 to SX3 of the second-
次に、上述した第3の波形の詳細について説明する。
この第3の波形では、受信信号SIのスタートビットが立ち下がった後では、各種クロック信号は、クロック信号φ0,φ1,φ2,φ3の順に立ち上がる。
Next, details of the third waveform described above will be described.
In the third waveform, after the start bit of the reception signal SI falls, the various clock signals rise in the order of the clock signals φ0, φ1, φ2, and φ3.
したがって、受信信号SIのスタートビットの立ち下がり後の1段目のラッチ回路12a〜12dの出力信号SX_0〜SX_3の出力順序、つまり出力信号が「0」となる順序は、SX_0,SX_1,SX_2,SX_3の順となる。そして、受信信号SIの立ち下がり後の2段目のラッチ回路12e〜12hの出力信号SX0〜SX3の出力順序、つまり出力信号が「0」となる順序は、SX0,SX1,SX2,SX3の順となる。
Therefore, the output order of the output signals SX_0 to SX_3 of the first-stage latch circuits 12a to 12d after the falling edge of the start bit of the received signal SI, that is, the order in which the output signals become “0” is SX_0, SX_1, SX_2, The order is SX_3. The output order of the output signals SX0 to SX3 of the second-
次に、上述した第4の波形の詳細について説明する。
この第4の波形では、受信信号SIのスタートビットが立ち下がった後では、各種クロック信号は、クロック信号φ1,φ2,φ3,φ0の順に立ち上がる。
Next, details of the fourth waveform described above will be described.
In the fourth waveform, after the start bit of the reception signal SI falls, the various clock signals rise in the order of the clock signals φ1, φ2, φ3, and φ0.
したがって、受信信号SIのスタートビットの立ち下がり後の1段目のラッチ回路12a〜12dの出力信号SX_0〜SX_3の出力順序、つまり出力信号が「0」となる順序は、SX_1,SX_2,SX_3,SX_0の順となる。そして、受信信号SIの立ち下がり後の2段目のラッチ回路12e〜12hの出力信号SX0〜SX3の出力順序、つまり出力信号が「0」となる順序は、SX1,SX2,SX3,SX0の順となる。
Therefore, the output order of the output signals SX_0 to SX_3 of the first-stage latch circuits 12a to 12d after the falling edge of the start bit of the received signal SI, that is, the order in which the output signals become “0” is SX_1, SX_2, SX_3. The order is SX_0. The output order of the output signals SX0 to SX3 of the second-
図9、図10、図11、図12は、第1の実施形態における立ち下がりエッジ検出回路の動作波形の一例を示すタイミングチャートである。
立ち下がりエッジ検出回路13の出力波形は、受信信号SIと基準クロック信号φ0との位相差により、図9に示した第1の波形、図10に示した第2の波形、図11に示した第3の波形、図12に示した第4の波形でなる4種類の波形のいずれかをなす。
9, FIG. 10, FIG. 11, and FIG. 12 are timing charts showing examples of operation waveforms of the falling edge detection circuit in the first embodiment.
The output waveform of the falling
図9に示した第1の波形は、図5に示したように、受信信号SIのスタートビットをパルス中央部に近いタイミングでサンプリングしているクロック信号がφ0であって、サンプリング回路12からの信号の入力順序が、信号SX2,SX3,SX0,SX1である際の波形である。
図10に示した第2の波形は、図6に示したように、受信信号SIのスタートビットをパルス中央部に近いタイミングでサンプリングしているクロック信号がφ1である際の波形であって、サンプリング回路12からの信号の入力順序が、信号SX3,SX0,SX1,SX2である際の波形である。
図11に示した第3の波形は、図7に示したように、受信信号SIのスタートビットをパルス中央部に近いタイミングでサンプリングしているクロック信号がφ2であって、サンプリング回路12からの信号の入力順序が、信号SX0,SX1,SX2,SX3である際の波形である。
図12に示した第4の波形は、図8に示したように、受信信号SIのスタートビットをパルス中央部に近いタイミングでサンプリングしているクロック信号がφ3であって、サンプリング回路12からの信号の入力順序が、信号SX1,SX2,SX3,SX0である際の波形である。
As shown in FIG. 5, the first waveform shown in FIG. 9 is that the clock signal sampling the start bit of the received signal SI at a timing close to the center of the pulse is φ0, and the first waveform from the
The second waveform shown in FIG. 10 is a waveform when the clock signal sampling the start bit of the received signal SI at a timing close to the center of the pulse is φ1, as shown in FIG. This is a waveform when the input order of signals from the
As shown in FIG. 7, the third waveform shown in FIG. 11 is that the clock signal sampling the start bit of the received signal SI at a timing close to the center of the pulse is φ2, This is a waveform when the signal input order is the signals SX0, SX1, SX2, SX3.
As shown in FIG. 8, the fourth waveform shown in FIG. 12 is that the clock signal sampling the start bit of the received signal SI at a timing close to the center of the pulse is φ3. This is a waveform when the signal input order is signals SX1, SX2, SX3, SX0.
次に、図9に示した第1の波形の詳細について説明する。
この第1の波形では、サンプリング回路12からの入力順番が最初である信号SX2を入力してから基準クロック信号φ0が最初に立ち上がったタイミングで、信号SX2,SX3は既に立ち下がって「0」となっており、信号SX1は「1」となっている。また、このタイミングでは、信号SX0は、基準クロック信号φ0の立ち上がりに伴って「1」から「0」に立ち下がる。
Next, details of the first waveform shown in FIG. 9 will be described.
In the first waveform, the signals SX2 and SX3 have already fallen to “0” at the timing when the reference clock signal φ0 rises first after the input of the signal SX2 whose order of input from the
このタイミングでは、1段目のラッチ回路13a,13b,13c,13dからの出力信号SS_0,SS_1,SS_2,SS_3は「1」,「1」,「0」,「0」となり、基準クロック信号φ0が次に立ち上がったタイミングにおける、2段目のラッチ回路13e,13f,13g,13hからの出力信号SS0,SS1,SS2,SS3は同じく「1」,「1」,「0」,「0」となる。
At this timing, the output signals SS_0, SS_1, SS_2, and SS_3 from the first-
基準クロック信号φ0が最初に立ち上がったタイミングでは、前述のように、1段目のラッチ回路13a,13b,13c,13dからの出力信号SS_0,SS_1,SS_2,SS_3は「1」,「1」,「0」,「0」となり、前述のように、これらのレベルが反転された信号がラッチ回路13a,13b,13c,13dの第2の出力端子からAND回路13i,13j,13k,13lに出力される。
At the timing when the reference clock signal φ0 first rises, the output signals SS_0, SS_1, SS_2, and SS_3 from the first-
そして、このタイミングにおいて、2段目のラッチ回路13e,13f,13g,13hからの出力信号SS0,SS1,SS2,SS3は、いずれも立ち下がる前の「1」であるので、AND回路13i,13j,13k,13lからの出力信号DET0,DET1,DET2,DET3は、「0」,「0」,「1」,「1」となる。つまり、図9に示した第1の波形では、出力信号DET0〜DET3のうち、DET2,3が先行して「1」となる。
At this timing, the output signals SS0, SS1, SS2, and SS3 from the second-
次に、図10に示した第2の波形の詳細について説明する。
この第2の波形では、サンプリング回路12からの入力順番が最初である信号SX3を立ち下がりエッジ検出回路13で入力してから基準クロック信号φ0が最初に立ち上がったタイミングでは、信号SX3は既に立ち下がって「0」となっており、信号SX1,SX2は「1」となっている。
Next, details of the second waveform shown in FIG. 10 will be described.
In the second waveform, the signal SX3 has already fallen at the timing when the reference clock signal φ0 rises first after the signal SX3 input in the first order from the
このタイミングでは、1段目のラッチ回路13a,13b,13c,13dからの出力信号SS_0,SS_1,SS_2,SS_3は「1」,「1」,「1」,「0」となり、基準クロック信号φ0が次に立ち上がったタイミングにおける、2段目のラッチ回路13e,13f,13g,13hからの出力信号SS0,SS1,SS2,SS3は同じく「1」,「1」,「1」,「0」となる。
At this timing, the output signals SS_0, SS_1, SS_2, and SS_3 from the first
基準クロック信号φ0が最初に立ち上がったタイミングでは、前述のように、1段目のラッチ回路13a,13b,13c,13dからの出力信号SS_0,SS_1,SS_2,SS_3は「1」,「1」,「1」,「0」となり、前述のように、これらのレベルが反転された信号がラッチ回路13a,13b,13c,13dの第2の出力端子からAND回路13i,13j,13k,13lに出力される。
At the timing when the reference clock signal φ0 first rises, the output signals SS_0, SS_1, SS_2, and SS_3 from the first-
そして、このタイミングにおいて、2段目のラッチ回路13e,13f,13g,13hからの出力信号SS0,SS1,SS2,SS3は、いずれも立ち下がる前の「1」であるので、AND回路13i,13j,13k,13lからの出力信号DET0,DET1,DET2,DET3は、「0」,「0」,「0」,「1」となる。つまり、図10に示した第2の波形では、出力信号DET0〜DET3のうち、DET3が先行して「1」となる。
At this timing, the output signals SS0, SS1, SS2, and SS3 from the second-
次に、図11に示した第3の波形の詳細について説明する。
この第3の波形では、サンプリング回路12からの入力順番が最初である信号SX0を立ち下がりエッジ検出回路13で入力した後で基準クロック信号φ0が最初に立ち上がったタイミングでは、信号SX1,SX2,SX3は既に立ち下がって「0」となっている。
Next, the details of the third waveform shown in FIG. 11 will be described.
In the third waveform, the signals SX1, SX2, SX3 are input at the timing when the reference clock signal φ0 first rises after the signal SX0 input first from the
このタイミングでは、1段目のラッチ回路13a,13b,13c,13dからの出力信号SS_0,SS_1,SS_2,SS_3は「0」となり、基準クロック信号φ0が次に立ち上がったタイミングにおける、2段目のラッチ回路13e,13f,13g,13hからの出力信号SS0,SS1,SS2,SS3は同じく「0」となる。
At this timing, the output signals SS_0, SS_1, SS_2, and SS_3 from the first
基準クロック信号φ0が最初に立ち上がったタイミングでは、前述のように、1段目のラッチ回路13a,13b,13c,13dからの出力信号SS_0,SS_1,SS_2,SS_3は「0」となり、前述のように、これらのレベルが反転された信号がラッチ回路13a,13b,13c,13dの第2の出力端子からAND回路13i,13j,13k,13lに出力される。
At the timing when the reference clock signal φ0 first rises, the output signals SS_0, SS_1, SS_2, and SS_3 from the first-
そして、このタイミングにおいて、2段目のラッチ回路13e,13f,13g,13hからの出力信号SS0,SS1,SS2,SS3は、いずれも立ち下がる前の「1」であるので、AND回路13i,13j,13k,13lからの出力信号DET0,DET1,DET2,DET3は、揃って「1」となる。
At this timing, the output signals SS0, SS1, SS2, and SS3 from the second-
次に、図12に示した第4の波形の詳細について説明する。
この第1の波形では、サンプリング回路12からの入力順番が最初である信号SX1を立ち下がりエッジ検出回路13で入力してから基準クロック信号φ0が最初に立ち上がったタイミングでは、信号SX1,SX2,SX3は既に立ち下がって「0」となっている。
Next, details of the fourth waveform shown in FIG. 12 will be described.
In the first waveform, the signals SX1, SX2, and SX3 are input at the timing when the reference clock signal φ0 first rises after the signal SX1 that is input first from the
このタイミングでは、1段目のラッチ回路13a,13b,13c,13dからの出力信号SS_0,SS_1,SS_2,SS_3は「1」,「0」,「0」,「0」となり、基準クロック信号φ0が次に立ち上がったタイミングにおける、2段目のラッチ回路13e,13f,13g,13hからの出力信号SS0,SS1,SS2,SS3は同じく「1」,「0」,「0」,「0」となる。
At this timing, the output signals SS_0, SS_1, SS_2, and SS_3 from the first-
基準クロック信号φ0が最初に立ち上がったタイミングでは、前述のように、1段目のラッチ回路13a,13b,13c,13dからの出力信号SS_0,SS_1,SS_2,SS_3は「1」,「0」,「0」,「0」となり、前述のように、これらのレベルが反転された信号がラッチ回路13a,13b,13c,13dの第2の出力端子からAND回路13i,13j,13k,13lに出力される。
At the timing when the reference clock signal φ0 first rises, the output signals SS_0, SS_1, SS_2, and SS_3 from the first-
そして、このタイミングにおいて、2段目のラッチ回路13e,13f,13g,13hからの出力信号SS0,SS1,SS2,SS3は、いずれも立ち下がる前の「1」であるので、AND回路13i,13j,13k,13lからの出力信号DET0,DET1,DET2,DET3は、「0」,「1」,「1」,「1」となる。つまり、図12に示した第4の波形では、出力信号DET0〜DET3のうち、DET1,DET2,DET3が先行して「1」となる。
At this timing, the output signals SS0, SS1, SS2, and SS3 from the second-
図13、図14、図15、図16は、第1の実施形態におけるサンプリング信号選択回路の動作波形の一例を示すタイミングチャートである。
サンプリング信号選択回路14の出力波形は、立ち下がりエッジ検出回路13からの信号DET0〜DET3の波形により、図13に示した第1の波形、図14に示した第2の波形、図15に示した第3の波形、図16に示した第4の波形でなる4種類の波形のいずれかをなす。
FIG. 13, FIG. 14, FIG. 15, and FIG. 16 are timing charts showing examples of operation waveforms of the sampling signal selection circuit in the first embodiment.
The output waveform of the sampling
図13に示した第1の波形は、図5に示したように、受信信号SIのスタートビットをパルス中央部に近いタイミングでサンプリングしているクロック信号がφ0である際の波形である。
図14に示した第2の波形は、図6に示したように、受信信号SIのスタートビットをパルス中央部に近いタイミングでサンプリングしているクロック信号がφ1である際の波形である。
The first waveform shown in FIG. 13 is a waveform when the clock signal sampling the start bit of the received signal SI at a timing close to the center of the pulse is φ0, as shown in FIG.
The second waveform shown in FIG. 14 is a waveform when the clock signal sampling the start bit of the received signal SI at a timing close to the center of the pulse is φ1, as shown in FIG.
図15に示した第3の波形は、図7に示したように、受信信号SIのスタートビットをパルス中央部に近いタイミングでサンプリングしているクロック信号がφ2である際の波形である。
図16に示した第4の波形は、図8に示したように、受信信号SIのスタートビットをパルス中央部に近いタイミングでサンプリングしているクロック信号がφ3である際の波形である。
The third waveform shown in FIG. 15 is a waveform when the clock signal sampling the start bit of the received signal SI at a timing close to the center of the pulse is φ2, as shown in FIG.
The fourth waveform shown in FIG. 16 is a waveform when the clock signal sampling the start bit of the received signal SI at a timing close to the center of the pulse is φ3, as shown in FIG.
次に、図13に示した第1の波形の詳細について説明する。
図4に示すように、立ち下がりエッジ検出回路13からの信号DET0はAND回路14a,14b,14dの入力側で反転され、信号DET1はAND回路14a,14bの入力側で反転され、信号DET2はAND回路14bの入力側で反転される。
Next, details of the first waveform shown in FIG. 13 will be described.
As shown in FIG. 4, the signal DET0 from the falling
図13に示すように、サンプリング信号選択回路14のAND回路14a,14b,14c,14dへ入力される信号DET0,DET1,DET2,DET3が、「0」,「0」,「1」,「1」となった際は、AND回路14a,14b,14c,14dから入力される信号DET_0,DET_1,DET_2,DET_3は、「1」,「0」,「0」,「0」となる。
As shown in FIG. 13, the signals DET0, DET1, DET2, and DET3 input to the AND
すると、OR回路14eの出力は「1」となり、OR回路14f,14gの出力は「0」となる。IDOL信号が「1」の条件下で、AND回路14hからの出力は「1」となり、この信号がラッチ回路14i,14jのイネーブル端子に入力された際の、ラッチ回路14i,14jから出力される選択信号SEL[0],SEL[1]は、ともに「0」となる。
Then, the output of the
前述したように、4入力マルチプレクサ15は、サンプリング信号選択回路14からの選択信号SEL[1]および選択信号SEL[0]がともに「0」である場合は、立ち下がりエッジ検出回路13からのサンプリング信号SS0を選択して、受信信号Sとしてシリアル−パラレル変換回路16に出力する。
As described above, when the selection signal SEL [1] and the selection signal SEL [0] from the sampling
このようにして、図5に示したように、受信信号SIのスタートビットをパルス中央部に近いタイミングでサンプリングしているクロック信号がφ0である際には、このクロック信号φ0でサンプリングされた信号SS0が選択されることになる。 Thus, as shown in FIG. 5, when the clock signal sampling the start bit of the received signal SI at a timing close to the center of the pulse is φ0, the signal sampled by the clock signal φ0 SS0 will be selected.
次に、図14に示した第2の波形の詳細について説明する。
図14に示すように、サンプリング信号選択回路14のAND回路14a,14b,14c,14dへ入力される信号DET0,DET1,DET2,DET3が、「0」,「0」,「0」,「1」となった際は、AND回路14a,14b,14c,14dから入力される信号DET_0,DET_1,DET_2,DET_3は、「0」,「1」,「0」,「0」となる。
Next, the details of the second waveform shown in FIG. 14 will be described.
As shown in FIG. 14, the signals DET0, DET1, DET2, and DET3 input to the AND
すると、OR回路14eの出力は「1」となり、OR回路14fの出力は「1」となり、OR回路14gの出力は「0」となる。IDOL信号が「1」の条件下で、AND回路14hからの出力は「1」となり、この信号がラッチ回路14i,14jのイネーブル端子に入力された際の、ラッチ回路14i,14jから出力される選択信号SEL[0]は「1」となり、選択信号SEL[1]は「0」となる。
Then, the output of the
前述したように、4入力マルチプレクサ15は、サンプリング信号選択回路14からの選択信号SEL[1]が「0」であって、選択信号SEL[0]が「1」である場合は、立ち下がりエッジ検出回路13からのサンプリング信号SS1を選択して、受信信号Sとしてシリアル−パラレル変換回路16に出力する。
As described above, the 4-
このようにして、図6に示したように、受信信号SIのスタートビットをパルス中央部に近いタイミングでサンプリングしているクロック信号がφ1である際には、このクロック信号φ1でサンプリングされた信号SS1が選択されることになる。 Thus, as shown in FIG. 6, when the clock signal sampling the start bit of the received signal SI at a timing close to the center of the pulse is φ1, the signal sampled by this clock signal φ1 SS1 is selected.
次に、図15に示した第3の波形の詳細について説明する。
図15に示すように、サンプリング信号選択回路14のAND回路14a,14b,14c,14dへ入力される信号DET0,DET1,DET2,DET3が、すべて「1」となった際は、AND回路14a,14b,14c,14dから入力される信号DET_0,DET_1,DET_2,DET_3は、「0」,「0」,「1」,「0」となる。
Next, the details of the third waveform shown in FIG. 15 will be described.
As shown in FIG. 15, when the signals DET0, DET1, DET2, and DET3 input to the AND
すると、OR回路14eの出力は「1」となり、OR回路14fの出力は「0」となり、OR回路14gの出力は「1」となる。IDOL信号が「1」の条件下で、AND回路14hからの出力は「1」となり、この信号がラッチ回路14i,14jのイネーブル端子に入力された際の、ラッチ回路14i,14jから出力される選択信号SEL[0]は「0」となり、選択信号SEL[1]は「1」となる。
Then, the output of the
前述したように、4入力マルチプレクサ15は、サンプリング信号選択回路14からの選択信号SEL[1]が「1」であって、選択信号SEL[0]が「0」である場合は、立ち下がりエッジ検出回路13からのサンプリング信号SS2を選択して、受信信号Sとしてシリアル−パラレル変換回路16に出力する。
As described above, the 4-
このようにして、図7に示したように、受信信号SIのスタートビットをパルス中央部に近いタイミングでサンプリングしているクロック信号がφ2である際には、このクロック信号φ2でサンプリングされた信号SS2が選択されることになる。 Thus, as shown in FIG. 7, when the clock signal sampling the start bit of the received signal SI at a timing close to the center of the pulse is φ2, the signal sampled by this clock signal φ2 SS2 will be selected.
次に、図16に示した第4の波形の詳細について説明する。
図16に示すように、サンプリング信号選択回路14のAND回路14a,14b,14c,14dへ入力される信号DET0,DET1,DET2,DET3が、「0」,「1」,「1」,「1」となった際は、AND回路14a,14b,14c,14dから入力される信号DET_0,DET_1,DET_2,DET_3は、「0」,「0」,「0」,「1」となる。
Next, the details of the fourth waveform shown in FIG. 16 will be described.
As shown in FIG. 16, the signals DET0, DET1, DET2, and DET3 input to the AND
すると、OR回路14eの出力は「1」となり、OR回路14f,14gの出力はともに「1」となる。IDOL信号が「1」の条件下で、AND回路14hからの出力は「1」となり、この信号がラッチ回路14i,14jのイネーブル端子に入力された際の、ラッチ回路14i,14jから出力される選択信号SEL[0]および選択信号SEL[1]はともに「1」となる。
Then, the output of the
前述したように、4入力マルチプレクサ15は、サンプリング信号選択回路14からの選択信号SEL[1]および選択信号SEL[0]がともに「1」である場合は、立ち下がりエッジ検出回路13からのサンプリング信号SS3を選択して、受信信号Sとしてシリアル−パラレル変換回路16に出力する。
As described above, the 4-
このようにして、図8に示したように、受信信号SIのスタートビットをパルス中央部に近いタイミングでサンプリングしているクロック信号がφ3である際には、このクロック信号φ3でサンプリングされた信号SS3が選択されることになる。よって、各種クロック信号を用いてサンプリングされた信号のなかから受信信号に応じた信号として適切な1つの信号が選択される。 Thus, as shown in FIG. 8, when the clock signal sampling the start bit of the received signal SI at a timing close to the center of the pulse is φ3, the signal sampled by this clock signal φ3 SS3 is selected. Therefore, an appropriate signal is selected as a signal according to the received signal from signals sampled using various clock signals.
図1に示したシリアル−パラレル変換回路16は、サンプリング信号選択回路14で選択したシリアルの受信信号Sをパラレルのデータに変換する回路である。このシリアル−パラレル変換回路16は、スタートビットの認識をトリガにして変換を開始する一般的な調歩同期方式の回路と基本的には同じ動作をするが、唯一の違いはシリアル−パラレル変換回路16では、その前段にてサンプリング処理を既に実施しているため、その部分の回路を省略できることである。つまり、シリアル−パラレル変換回路16は一般的な調歩同期方式に用いられる回路と比較して回路コストは小さくて済む。
The serial-
ここで、本実施形態の特長について説明する。図1に示した調歩同期シリアル伝送の受信回路では、基準クロック信号φ0以外のφ1、φ2、φ3が使われているのは4相サンプリング回路12のみである。多相クロック信号に限らず複数のクロック信号を利用する論理回路の設計では、クロックドメイン(各々のクロックが接続されているフリップフロップの構成)が複雑になるほど半導体デバイス1への実装が困難になる。
Here, the features of the present embodiment will be described. In the asynchronous serial transmission receiving circuit shown in FIG. 1, only the four-
特に、近年になって多用されるようになったFPGAデバイスは、ASIC(Application Specific Integrated Circuits)をはじめとするカスタムデバイスと比較すると、クロックドメインの許容限度が低いため実装不可能になることもある。また、この許容限度はFPGAデバイスが廉価であるほど低くなる傾向があるため、クロックドメインの複雑さはFPGAデバイスのコストを跳ね上げることに繋がる。 In particular, FPGA devices that have become widely used in recent years may not be mountable due to the lower allowable limit of the clock domain compared to custom devices such as ASIC (Application Specific Integrated Circuits). . Also, this tolerance limit tends to be lower as the FPGA device is cheaper, so the complexity of the clock domain leads to a jump in the cost of the FPGA device.
これに対して図1に示した受信回路は、基準クロック信号φ0以外のφ1、φ2、φ3が及ぶフリップフロップの数を最少化(具体的には4相サンプリング回路12内の各2個)することで、クロックドメインを極限まで単純化しており、廉価なFPGAデバイスへの実装を容易にしている。 On the other hand, the receiving circuit shown in FIG. 1 minimizes the number of flip-flops covered by φ1, φ2, and φ3 other than the reference clock signal φ0 (specifically, two each in the four-phase sampling circuit 12). This simplifies the clock domain to the limit and facilitates mounting on an inexpensive FPGA device.
ここまで説明したように、図1に示した調歩同期シリアル伝送の受信回路の構成は非常に単純であり、また特別の回路技術を必要としない。図1の実施例では4相クロックによる受信回路を示したが、本実施形態では、クロック相数を増やすことで、例えば100Mbpsの伝送速度を実現する場合であっても、調歩同期シリアル伝送の受信回路の動作周波数を100MHzに抑えることが可能であり、廉価なFPGAデバイスであってもその実現は容易である。 As described so far, the configuration of the receiver circuit for asynchronous serial transmission shown in FIG. 1 is very simple and does not require any special circuit technology. In the embodiment of FIG. 1, a receiver circuit using a four-phase clock is shown. However, in this embodiment, even when a transmission speed of, for example, 100 Mbps is realized by increasing the number of clock phases, reception of asynchronous serial transmission is performed. The operation frequency of the circuit can be suppressed to 100 MHz, and even an inexpensive FPGA device can be easily realized.
これにより、従来の一般的な調歩同期方式で100Mbpsの伝送速度を実現するには伝送回路の動作周波数を最低でも1.6GHz程度にしなければならなかったのを、本実施形態における方法では大幅に低い100MHzに抑えることが可能になる。よって、動作周波数が定まった際に伝送速度が制限されることが無くなり、データの冗長化(データ量の増加)や伝送周期の短縮に寄与できる。また、伝送速度が定まっている際に動作周波数を著しく高くする必要が無くなり、デバイスの低コスト化や省電力化に寄与できる。また、従来では100Mbpsクラスのシリアル伝送を実現するには、伝送ラインのデータにクロック信号を重畳したクロック同期方式を採用するのが常で、この場合に部分的にアナログで回路を構成する必要があるなどの制約があった。しかし、本実施形態における方法では、前述した回路構成の制約がなくなるため廉価なFPGAデバイスへの実装が容易となる。 As a result, the operation frequency of the transmission circuit had to be at least about 1.6 GHz in order to realize a transmission rate of 100 Mbps with the conventional general asynchronous method, but the method in this embodiment is significantly low. It becomes possible to suppress to 100MHz. Therefore, the transmission speed is not limited when the operating frequency is determined, which can contribute to data redundancy (increase in data amount) and shortening of the transmission cycle. In addition, it is not necessary to increase the operating frequency when the transmission speed is fixed, which can contribute to cost reduction and power saving of the device. Conventionally, in order to realize serial transmission of the 100 Mbps class, it is usual to use a clock synchronization method in which a clock signal is superimposed on the data of the transmission line, and in this case, it is necessary to partially configure an analog circuit. There were some restrictions. However, in the method according to the present embodiment, the circuit configuration is not limited as described above, so that it can be easily mounted on an inexpensive FPGA device.
よって、本実施形態における調歩同期方式のシリアル伝送の受信回路は、調歩同期方式のシリアル伝送の受信回路が本来有している、回路構成を単純化できるという利点と、クロック同期方式によるシリアル伝送の受信回路が有している、動作周波数が定まった際に伝送速度が制限されることが無く、また、伝送速度が定まっている際に動作周波数を著しく高くする必要が無いという利点を共に得ることができる。 Therefore, the asynchronous transmission serial transmission receiving circuit according to the present embodiment has the advantage that the circuit configuration can be simplified, which is inherent in the asynchronous transmission serial transmission circuit, and the serial transmission of the clock synchronous system. The receiver circuit has the advantage that the transmission speed is not limited when the operating frequency is determined, and that the operating frequency does not need to be significantly increased when the transmission speed is determined. Can do.
(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態について説明する。なお、本実施形態における調歩同期シリアル伝送の受信回路の構成のうち第1の実施形態で説明した構成と同一部分の説明は省略する。
図17は、第2の実施形態における調歩同期シリアル伝送の受信回路の一例を示すブロック図である。
図17に示すように、第2の実施形態における調歩同期シリアル伝送の受信回路は、クロック生成回路10a、ノイズ除去回路11、サンプリング回路21、立ち下がりエッジ検出回路13、サンプリング信号選択回路14、4入力マルチプレクサ15、シリアル−パラレル変換回路16を備える。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described. Note that, in the configuration of the receiver circuit for asynchronous serial transmission in this embodiment, the description of the same part as the configuration described in the first embodiment is omitted.
FIG. 17 is a block diagram illustrating an example of a receiver circuit for asynchronous serial transmission according to the second embodiment.
As shown in FIG. 17, the asynchronous serial transmission receiving circuit according to the second embodiment includes a
つまり、第2の実施形態では、調歩同期シリアル伝送の受信回路は、第1の実施形態にて備えていた4相クロック生成回路10の代わりにクロック生成回路10aを備え、第1の実施形態にて備えていた4相サンプリング回路12の代わりにサンプリング回路21を備える。
That is, in the second embodiment, the asynchronous serial transmission receiving circuit includes the
図18に示したクロック生成回路10aは、半導体デバイス1の外部より、入力端子および入力バッファを介して入力するクロック信号から、2つのクロック信号(φ0、φ1)を出力する。
The
本実施形態では、クロック生成回路10aが出力するクロック信号φ0、φ1のうちクロック信号φ0を基準クロック信号とし、クロック信号φ1はφ0に対して位相が90度遅れたクロック信号とする。つまり、第1の実施形態では、4相クロック生成回路10が、半導体デバイス1の外部より、入力端子および入力バッファを介して入力するクロック信号から、4つのクロック信号(φ0、φ1、φ2、φ3)を出力していたが、第2の実施形態では、クロック生成回路10aが、2つのみのクロック信号(φ0、φ1)を出力している。
In this embodiment, of the clock signals φ0 and φ1 output from the
図17に示したサンプリング回路21は、ノイズ除去回路11によるノイズ除去後の受信信号SIを2相クロック信号φ0、φ1でサンプリングする回路である。その具体的な構成および各クロック信号のタイミングチャートは図18(a),(b)にそれぞれ示す通りであり、メタステーブル対策のため各クロック信号に対してフリップフロップを2段ずつ並べた構成にしている。
The
図18(a)に示した例では、サンプリング回路21は、Dフリップフロップであるラッチ回路21a,21b,21c,21d,21e,21f,21g,21hを有する。受信信号SIは、ラッチ回路21a,21b,21c,21dに入力される。
クロック信号φ0は、ラッチ回路21a,21eに入力される。クロック信号φ1は、ラッチ回路21b,21fに入力される。また、クロック信号φ0を反転した信号が、ラッチ回路21c,21gに入力される。また、クロック信号φ1を反転した信号が、ラッチ回路21d,21hに入力される。つまり、第2の実施形態では、クロック信号φ0を反転した信号が第1の実施形態で説明したクロック信号φ2と同じ働きをし、クロック信号φ1を反転した信号が第1の実施形態で説明したクロック信号φ3と同じ働きをなす。
In the example shown in FIG. 18A, the
The clock signal φ0 is input to the
ラッチ回路21aの出力信号SX_0は、ラッチ回路21eに入力される。ラッチ回路21bの出力信号SX_1は、ラッチ回路21fに入力される。ラッチ回路21cの出力信号SX_2は、ラッチ回路21gに入力される。ラッチ回路21dの出力信号SX_3は、ラッチ回路21hに入力される。
The output signal SX_0 of the
ラッチ回路21eの出力信号は、サンプリング信号SX0として立ち下がりエッジ検出回路13に出力される。ラッチ回路21fの出力信号は、サンプリング信号SX1として立ち下がりエッジ検出回路13に出力される。ラッチ回路21gの出力信号は、サンプリング信号SX2として立ち下がりエッジ検出回路13に出力される。ラッチ回路21hの出力信号は、サンプリング信号SX3として立ち下がりエッジ検出回路13に出力される。
立ち下がりエッジ検出回路13、サンプリング信号選択回路14、4入力マルチプレクサ15、シリアル−パラレル変換回路16の動作は第1の実施形態と同じである。
The output signal of the
The operations of the falling
つまり、第2の実施形態では、2相分のクロック信号を反転させた信号を、さらに2相分のクロック信号として用いるようにしたので、2つのクロック信号を生成する回路を設けた構成において、第1の実施形態と同じ効果を得ることができる。 That is, in the second embodiment, since the signal obtained by inverting the clock signal for two phases is used as the clock signal for two phases, in the configuration provided with a circuit for generating two clock signals, The same effect as in the first embodiment can be obtained.
発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
1…半導体デバイス、10…4相クロック生成回路、10a…クロック生成回路、11…ノイズ除去回路、12…4相サンプリング回路、13…立ち下がりエッジ検出回路、14…サンプリング信号選択回路、15…4入力マルチプレクサ、16…シリアル−パラレル変換回路、21…サンプリング回路、φ0…基準クロック信号、φ1…φ0に対して位相が90度遅れたクロック信号、φ2…φ0に対して位相が180度遅れたクロック信号、φ3…φ0に対して位相が270度遅れたクロック信号、SI…ノイズ除去後の受信信号、SX0…SIをφ0でサンプリングしたサンプリング信号、SX1…SIをφ1でサンプリングしたサンプリング信号、SX2…SIをφ2でサンプリングしたサンプリング信号、SX3…SIをφ3でサンプリングしたサンプリング信号、SS0…SX0をφ0でサンプリングしたサンプリング信号、SS1…SX1をφ0でサンプリングしたサンプリング信号、SS2…SX2をφ0でサンプリングしたサンプリング信号、SS3…SX3をφ0でサンプリングしたサンプリング信号、DET0…SX0の立ち下がりエッジ検出信号、DET1…SX1の立ち下がりエッジ検出信号、DET2…SX2の立ち下がりエッジ検出信号、DET3…SX3の立ち下がりエッジ検出信号、IDLE…シリアル−パラレル変換回路16がアイドル中を示す信号、SEL[1],SEL[0]…サンプリング信号選択回路14の選択信号、S…サンプリング信号選択回路14で選択した受信信号。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記多相クロック信号のうち前記基準クロック信号におけるサイクルにおいて、前記サンプリング回路によりサンプリングした信号の立ち下がりエッジもしくは立ち上がりエッジを検出するN個のエッジ検出回路と、
前記エッジ検出回路による検出結果を前記基準クロック信号のサイクル毎にデコードして、前記デコードの結果に基づいて、前記サンプリング回路による前記N個のサンプリングした信号の中から前記受信信号に応じた信号として適切な1つの信号を選択する選択回路と、
前記選択回路により選択した前記サンプリングした信号をシリアル−パラレル変換する変換回路と
を備えたことを特徴とする調歩同期シリアル伝送の受信回路。 N sampling circuits for sampling a received signal using N multiphase clock signals, each of which includes a plurality of clock signals having the same frequency, and one is a reference clock signal;
N edge detection circuits for detecting a falling edge or a rising edge of a signal sampled by the sampling circuit in a cycle of the reference clock signal among the multiphase clock signals;
The detection result by the edge detection circuit is decoded every cycle of the reference clock signal, and based on the decoding result, a signal corresponding to the received signal is selected from the N sampled signals by the sampling circuit. A selection circuit for selecting an appropriate signal;
A start circuit for asynchronous serial transmission, comprising: a conversion circuit for serial-parallel conversion of the sampled signal selected by the selection circuit.
前記受信信号のスタートビットの立ち下がりエッジもしくは立ち上がりエッジを検知したタイミングで前記適切な1つの信号の新たな選択動作を行い、前記検知したタイミング以外では以前の選択状態を保持する
ことを特徴とする請求項1に記載の調歩同期シリアル伝送の受信回路。 The selection circuit includes:
A new selection operation of the appropriate one signal is performed at the timing when the falling edge or the rising edge of the start bit of the received signal is detected, and the previous selection state is held at other timing than the detected timing. The receiver circuit for asynchronous serial transmission according to claim 1.
前記変換回路が前記受信信号のスタートビットを認識してから前記受信信号のストップビットを認識するまでの間は前記適切な1つの信号の新たな選択動作を行なわずに以前の選択状態を保持し続ける
ことを特徴とする請求項2に記載の調歩同期シリアル伝送の受信回路。 The selection circuit includes:
Until the conversion circuit recognizes the start bit of the received signal until it recognizes the stop bit of the received signal, the previous selection state is maintained without performing a new selection operation of the appropriate signal. The receiver circuit for asynchronous serial transmission according to claim 2, wherein the receiver circuit continues.
前記エッジ検出回路による検出結果を前記基準クロック信号のサイクル毎にデコードして、前記デコードの結果に基づいて、前記サンプリング回路による前記N個のサンプリングした信号の中から前記受信信号に応じた信号として適切な1つの信号を選択し、
前記選択した前記サンプリングした信号をシリアル−パラレル変換する
ことを特徴とする調歩同期シリアル伝送の受信方法。 N sampling circuits for sampling a received signal using N multiphase clock signals, each of which includes a plurality of clock signals having the same frequency, and one of which is a reference clock signal, and the reference among the multiphase clock signals A method used for a start circuit for asynchronous serial transmission having N edge detection circuits for detecting a falling edge or a rising edge of a signal sampled by the sampling circuit in a cycle of a clock signal,
The detection result by the edge detection circuit is decoded every cycle of the reference clock signal, and based on the decoding result, a signal corresponding to the received signal is selected from the N sampled signals by the sampling circuit. Choose the right signal,
A reception method for asynchronous serial transmission, wherein the selected sampled signal is serial-parallel converted.
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CN115580275A (en) * | 2022-12-08 | 2023-01-06 | 国仪量子(合肥)技术有限公司 | High-precision pulse signal generating device, FPGA chip and signal processing equipment |
-
2012
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