JP2501173B2 - 多段再生中継装置 - Google Patents

多段再生中継装置

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JP2501173B2
JP2501173B2 JP5147317A JP14731793A JP2501173B2 JP 2501173 B2 JP2501173 B2 JP 2501173B2 JP 5147317 A JP5147317 A JP 5147317A JP 14731793 A JP14731793 A JP 14731793A JP 2501173 B2 JP2501173 B2 JP 2501173B2
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亮三 吉野
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はPLL(フェーズ ロッ
ク ループ)を用いた多段再生中継装置に係り、特に多
段接続された装置のシステムの立上り時間を短くすると
ともに、データのジッタの抑圧効果を合わせ持つ、多段
再生中継装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の例では、アンシィ/アイ・イー・
イー・イー・スタンダード 802・5−1985第8
0頁から82頁(ANSI/IEEE,std802・
5−1985 PP.80−82)において、PLLの
バンド幅について論じられている。
【0003】これによれば、ビットレートの1%にPL
Lのバンド幅を決めているが、中継動作によるデータの
遅延については全く配慮されていなかった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、中継
動作による論理遅延によって、ジッタの累積の仕方に差
のあることが、配慮されておらず、特に遅延の大きな装
置に於いて、PLLの同期引込み時間を早め、システム
の立上げ時間を短くしようとする時に、ジッタの累積と
言う問題につき当たってしまうことがあり、このため
に、中継する台数に制限を与えなければならなくなった
り、又、システムの立上げ時間を大きくせざるを得なく
なったりの不都合があった。
【0005】又、PLLの同期引込み時間を長くするこ
とはPLLのバンド幅を狭めることと等価であり、この
ために、PLLに使用する電圧制御発振器(VCO)の
キャプチャレンジがせばまり、特別に安定度(温度や電
圧変動に対して)の高い効果なPLLを採用する必要性
があった。
【0006】本発明の目的は、前記問題を総合的に解決
するものであり、PLLのバンド幅(応答時間)と、デ
ータ遅延の関係を明らかにして、ジッタの累積量をおさ
え、システムの立上げ時間を早めることにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的は、PLLのバ
ンド幅と、中継動作時の論理動作によるデータ遅延をジ
ッタの累積の少ない所に設定することにより達成され
る。
【0008】中継動作時の論理動作によるデータ遅延量
は、通信を行なう形式によって、ほぼ決められる。一本
の通信線路をシリアルなデータを伝送するために、たと
えば、通信相手のアドレスを解釈する数バイトのデータ
は一旦自分の論理部に取り込んでから、判定が行なわれ
る。このような動作がプロトコルの複雑さに伴い増加
し、益々データ遅延が増える傾向にある。一つの定まっ
た通信プロトコルでは、このデータ遅延は一定の値
つから、システムになった時の中継装置は、同一の遅
延をデータに与えながら次から次へとデータを送って行
く。このデータの遅延に対してPLLのバンド幅を決め
ることにより、全体として、ジッタの累積の少ない、そ
して、システムの立上げ時間の早いシステムの構成が可
能となる。
【0009】
【作用】多段再生中継装置においては、中継装置間を接
続するケーブルの帯域制限や、受信アンプ回路の帯域
限によって符号間干渉を起こし、ジッタが発生する。こ
のジッタは、データのもつ周波数成分のかたよりによ
り、定常的な位相オフセットとなって表われる。これを
パターンジッタと呼ぶ。パターンジッタは、長い周期で
データが繰り返す時に最も大きくなり、一般的には、
“1”データと“0”データの長周期での繰返し時に最
大となる。PLLは、このパターン変動によって引き起
こされた位相オフセットに対して追従するように動作す
る。この追従する速さは、PLLのバンド幅に依存し、
このバンド幅によって決まる応答時間をτとすると、ジ
ッタのピーク値は、中継段1段通過するたびにτだけ遅
延する。中継装置は、データを遅延させて後段へ伝える
ため、この遅延量がPLLの応答時間と同じくなった時
に最大のジッタ累積が発生し、誤動作することになる。
従って、データの遅延とPLLの応答時間の遅れを一致
させないような所にPLLの応答時間を合わせれば、ジ
ッタの累積をおさえ、誤動作を防止できることになる。
【0010】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図1は、中継段10を示し、図2は通信回線7を
介して複数の中継段10が接続されている状態を示す。
通信回線7としては、同軸ケーブルや、ツイスト ペア
ケーブルや、光ファイバなどが用いられる。
【0011】各中継段10は通信回線7を介して、受信
データを入力する。受信データは図3に示される受信波
形のように歪んでいる。これを受信回路(図示せず)に
より再生し、この再生データがPLL5および論理遅延
6に入力される。PLL5は、後に図5にて説明するよ
うに、再生データのパルス変調に用いられているクロッ
クを抽出するための回路である。又、論理遅延6は、中
継段の処理装置等(図示せず)に再生データを取り込む
ための入力ラッチ等の論理回路が相当する。この論理遅
延6は、再生データを一時保持し、中継するため、遅延
tを生じさせる。論理遅延6を経たデータは、後段に伝
送するために、データ再同期部9でPLL5で再生され
たクロックで再クロックキングされて、通信回路7へ送
出される。本実施例では、この時使われるPLLの動作
応答時間(閉ループ応答時間)τを、論理遅延時間tと
一致させないようにして、ジッタの累積を少なくおさえ
る。PLLの動作応答時間τは、図4において説明する
ようにPLLの周波数特性によって定まる。また、論理
遅延6の遅延時間は、論理遅延6内のラッチ等の保持論
理から、いつ再生データを読みだして出力するかによっ
て定めることができる。
【0012】以下、図3から図12を用いてPLLの動
作応答時間τと論理遅延tとを違えたことによるジッタ
の抑圧効果を説明する。
【0013】図3は、ジッタの発生原理を示したもので
ある。中継段10の処理装置内で扱われるデータは、N
RZ(ノンリターン ツウ ゼロ)であるが、シリアル
な、データ伝送を行なうために、クロック成分を含む形
式に変調が行なわれる。この変調されたデータは、通信
回線7を経由して遠方の次段の中継段に伝えられる。こ
の変調されたデータは、通信回線により、帯域制限を受
け、図3に示す受信データ波形のように歪んでしまう。
これを受信器により、再生すると、“0”データの位相
Φ0と、“1”データのΦ1との間に位相差ができる。こ
の位相の変化を縦軸にとって表したものが、図4であ
る。図4に示すように、連続した“0”データから連続
した“1”データへの変化により、データの位相がΦ0
からΦ1へと急激に変化することがわかる。
【0014】データを受信する装置は、この再生された
データからクロックを抽出し、再生データをサンプリン
グして、元のNRZデータに復調し、論理動作を行なう
ものである。
【0015】一般にクロックの抽出は、LCのタンク回
路かPLLが使われる。本発明は、PLLを用いたクロ
ック抽出についてのものであり、以降全てPLLについ
てのみ説明する。図5にPLL回路の構成を示す。PL
Lは、位相比較器1、ループフィルタ2、増幅器3、電
圧制御発振器4から構成される。位相比較器1の入力に
は、図3で説明した再生データ波形がDATA入力へ入
力され、もう一方の入力には、電圧制御発振器4のクロ
ック出力が入力される。位相比較器1は、これら2つの
入力の差をパルス幅として出力し、これがループフィル
タ2へ加えられる。ループフィルタ2は、パルス幅を電
圧に変換し、増幅器3で増幅し、電圧制御発振器4を制
御する。このような動作を行ないつつ、PLLは、DA
TA入力へ入って来る再生データ波形に位相を合わせる
ように、動作する。PLLのこの位相合わせをするため
の動作速度は、図6に示すPLLの閉ループ周波数特性
によって決まる。この図6のゲインが3db落ちる点を
PLLの閉ループ周波数帯域と呼び、fTで表すことが
できる。図6のように平坦な周波数特性をもったPLL
においては、動作応答時間τとfTの間に次の数1が近
似的に適用できる。
【0016】
【数1】 τ=1/2πfT
【0017】図7にPLLを縦列に多段接続した場合の
形態を示す。最初の段にデータの変化によって引き起こ
された位相変動が入力されると、この位相変動は次々に
伝わって行く。この伝わる様子は、図7に示したように
PLL5を1段通過するたびにΦ0からΦ1に変化する速
度は遅くなっていく。図8にはPLLを1段通過した位
相変動の様子をn=1から10段通過した位相変動の様
子をn=9の波形として示している。この図8の波形は
初めのステップ状の位相変動があった時の1段目の応答
が遅れていることを示している。この位相変動に対する
応答の遅れ分がデータの位相とクロックとの間の位相差
となる。これがアライメントジッタと呼ばれるものであ
る。このアライメントジッタに注目して、多段のPLL
接続の場合どのようなジッタが伝わるかを表したものが
図9に示してある。n=1の波形はPLL1段目のデー
タとクロックの位相差を示し、n=9は9段目のデータ
クロックの位相差を時間の経過によって表わしてあ
。初めの段に与えられたΦ0からΦ1に変わるステップ
状の位相変動は、PLLの動作応答時間τだけ遅れなが
ら次段へと伝搬していき、ジッタ量ΔΦはだんだん小さ
くなって行く。以上の説明は多段に接続された時後段に
どのようにその位相変動が伝わるかを示したが、実際の
データ伝送を行なっている時は、最初のPLLの段に位
相変動を与えたデータは、後段にも送られる。同一の構
成をした回路が縦続に接続されているから、受け取った
後段も最初の段と同じ応答をすることは、明らかであ
る。図10は図2の実際の多段の中継段を、変調伝送と
いう点を無視し、単にクロックと(NRZ)データの伝
送する様子のみ着目して模式的に表した図である。デー
タは変調されて、クロック成分を与えられる。
【0018】データ中のクロック成分は、PLL通過し
て後段へとどんどん伝えられる。(NRZ)データは、
再生中継のため、論理的に遅延を与えられつつ後段に次
々と伝送される(先にも触れたが、実際に伝送するデー
タは変調されクロック成分を含んだものになっているか
ら、図10に示すモデルのようにクロックと(NRZ)
データと言うはっきり区別のつくものではない。)。P
LLに伝わるジッタは、図3で説明したようにデータの
パターン変動により引き起こされるものであるから、図
10に示す如く、データ側からクロック側に対して1段
通過するたびにデータパターン変動により発生するジッ
タが、各段のPLLに入力され、前段から送られて来た
クロックに加算されることになる。この説明から容易
理解される結果として、パターンの変動によって発生し
たジッタは、再生中継装置を多段通過することによって
どんどん累積していくであろうことが予想される。この
ジッタの累積の様子をPLLの応答時間τ(ループ時定
数τ)に対する論理動作によるデータの遅延時間との関
係を表したものが、図11である。横軸にPLLのルー
プ時定数τに対する論理の遅延時間をとり、論理の遅延
時間に対するジッタの増加量を縦軸にとったものであ
り、この図で明らかなように、論理の遅延時間がPLL
のループ時定数τと一致した時に、ジッタの累積が最大
になる。このジッタの累積の様子を横軸を中継装置の中
継段数として表したものが、図12である。図11に示
した論理の遅延時間がτと一致した時における、ジッタ
の累積の仕方は、台数とともにどんどん増加して行くの
がわかる。このτの位置をさけた点においては、例え
ば、0.5τの点では、10台目位の点では飽和してい
る。又、0.2τでは、3台目で飽和している。このよ
うにτの点から大きくも小さくもはずすことによりジッ
タの累積量を小さく押さえることができることが明らか
である。
【0019】上記実施例において、各段のPLLの動作
応答時間τの論理遅延tとの関係を、τの方をtよりも
大きく設定したり、あるいはτの方をtよりも小さく設
定することは自由である。
【0020】又、各段の論理遅延時間tの長短の2種類
存在する場合、PLLの動作応答時間τを論理遅延時間
の短い場合と長い場合の間に設定することもできる。
【0021】
【発明の効果】本発明によれば、多段再生中継装置にお
いて、論理遅延とPLLの応答時間との差をつけること
により、データパターン依存によって発生するジッタの
累積をおさえることができるために、多段接続台数を増
加しても安定した通信状態を維持できる効果がある。
【0022】又、ジッタの累積状態は、PLLの応答時
間と論理遅延の関係によって明らかであるため、ジッタ
の抑圧のためだけにPLL応答時間を無用に長くして、
PLLの同期引込み時間を長くする必要もないため、多
段再生中継装置を使った通信システム全体の立上り時間
を短くできる等の効果があり、この発明の経済的効果は
大である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す図である。
【図2】本発明の中継装置を多段に接続した状態を示し
た図である。
【図3】ジッタの発生原理を示した図である。
【図4】ジッタを時間の経過による位相変動として表し
た図である。
【図5】PLLの構成図である。
【図6】PLLの閉ループ応答周波数特性を示した図で
ある。
【図7】多段にPLLを接続した時の図である。
【図8】多段のPLLに位相変動を与えた時の各段のP
LLに位相変動を与えた時の各段の応答を示した図であ
る。
【図9】多段のPLL接続時のアライメントジッタを示
した図である。
【図10】多段中継装置を接続した時の図である。
【図11】本発明の中継装置を多段に接続した状態を示
した図である。
【図12】中継段数に対するジッタの累積の仕方を表し
た図である。
【符号の説明】
5…PLL、 6…論理遅延、 7…通信回線、
10…中継段。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】PLLを有する中継装置を複数個直列に接
    続した多段再生中継装置において、各中継装置における
    中継動作時の論理動作によって生じるデータの遅延時間
    と各PLLの動作応答時間τとを一致させないことを特
    徴とする多段再生中継装置。
JP5147317A 1993-06-18 1993-06-18 多段再生中継装置 Expired - Lifetime JP2501173B2 (ja)

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