JP3725869B2 - クロック再生回路 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、受信データからクロック信号を再生するクロック再生回路に関する。
背景技術
ディジタル伝送されたデータの各ビットを受信するためには、各データのビットと同期をとる必要がある。伝送されたデータに含まれる情報から同期用のクロック信号を再生することが行われている。この再生回路としては、例えば次のような構成のものがある。受信データを微分回路によって微分して、受信データの立ち上がりに応動した遷移パルスを生成する。この遷移パルスがＬＣ共振回路に入力され、共振信号を発生させる。この共振信号において、受信データの伝送速度の周波数に同期した所定の共振周波数と位相とが得られるように、共振回路の構成部品であるコイルやコンデンサの値を調整している。この共振信号がコンパレータに供給され、必要な電圧値を持つパルス信号に整形される。このコンパレータのパルス信号が分周回路に供給され、所定の周波数の分周信号に分周されて、クロック信号が生成される。
しかし、このクロック再生回路では、ＬＣ共振回路のコイルやコンデンサの値を調整する必要があり、正確な共振を得るためには、調整作業が必要であるし、部品点数が増加する。また、共振回路が共振するためには、引き込み時間が必要であり、応答性が悪かった。
本発明は、調整が不要で、部品点数が少なく、応答性のよいクロック再生回路を提供することを目的とする。
発明の開示
本発明によるクロック再生回路は、マスタクロック信号を発生するマスタクロック信号源を有している。このマスタクロック信号は、受信データの１ビット期間の１／Ｎ（Ｎは正の整数）倍の周期を持っている。第１レベルとしてはＨレベルまたはＬレベルを使用することができ、第２レベルとしては、第１レベルと逆のＬレベルまたはＨレベルを使用することができる。マスタクロック信号をＮ進カウンタが計数する。即ち、Ｎ進カウンタは、初期値から計数を開始し、Ｎ発のマスタクロック信号をカウントすると、初期値から再計数を開始する。前記受信データの第１レベルから第２レベルまたは第２レベルから第１レベルへの変位をエッジ検出手段が検出する。即ち、受信データの立ち上がり及び立ち下がりがエッジ検出信号によって検出される。前記マスタクロック信号をリセット用カウンタが計数する。このカウンタは、予め定めた２以上の数の前記エッジ検出信号が発生する間の計数値が、前記Ｎと前記予め定めた数とに基づいて定めた数、例えばエッジ検出信号の予め定めた発生数ｍよりも１少ない数、（ｍ−１）Ｎ、例えばｍを２とすればＮ、ｍを４とすると３Ｎ等の数になったとき、前記Ｎ進カウンタをリセットする。クロック生成手段は、前記Ｎ進カウンタの計数値に基づいてクロック信号を生成する。
このクロック再生回路では、エッジ検出信号が発生してから次にエッジ検出信号が発生するまでの間、即ち、データが立ち上がってから立ち下がるまでの間、或いは立ち下がってから立ち上がるまでの期間は、受信データが第１レベルにある期間、或いは第２レベルにある期間を表している。１ビットの受信データが正規の受信状態にあると、この期間中にリセット用カウンタはＮ発のマスタクロックを計数する。従って、リセット用カウンタが、前記Ｎと前記予め定めた２以上の数とに基づいて定めた数を、予め定めた数のエッジ検出信号が発生する間に計数すると、受信データは、正規の状態、即ち歪みや雑音の影響を受けていない状態で受信されている。この状態で、Ｎ進カウンタをリセットすることによって、Ｎ進カウンタは、正規の受信状態の受信データに同期してマスタクロック信号の計数を開始する。この正規の受信状態にあるＮ進カウンタの計数値に基づいてクロック信号を生成することによって受信データに同期したクロック信号が得られる。クロック信号生成手段は、例えばＮ進カウンタのリセット時に第１のレベルとなり、Ｎ／２のマスタクロック信号を計数したときに第２のレベルになる出力信号をクロック信号として発生することを繰り返す。このクロック再生回路では、ＬＣ共振回路は不要で、部品点数を少なくすることができる上に、調整箇所も存在しない。また、共振回路を使用していないので、引き込み時間も不要である。
リセット用カウンタは、第１エッジ検出信号の発生時に初期値から計数を開始するものとできる。この場合、第１エッジ検出信号の次の第２エッジ検出信号が発生したとき、前記計数値が前記初期値＋Ｎに等しくないと前記初期値にリセットされ、第２エッジ検出信号の発生前に、計数値が初期値＋Ｎを上回ると、前記初期値にリセットされる。
第１エッジ検出信号が発生してから第２エッジ検出信号が発生するまでに、即ち、第１または第２レベルの期間に、リセット用カウンタがＮ発のマスタクロック信号を計数していないと、第１または第２のレベルの期間は、正規の期間よりも短く、受信データが正規に受信できていない。また、第２エッジ検出信号が発生するまでに、リセット用カウンタがＮ発を超えるマスタクロック信号を計数すると、第１または第２レベルの期間が、正規の期間よりも長く、受信データが正規に受信できていない。或いは、第１レベルまたは第２レベルが連続して伝送されている。これらの状態でリセット用カウンタによってＮ進カウンタをリセットしても、Ｎ進カウンタの計数値は正規の受信データに同期しない。よって、Ｎ進カウンタをリセット用カウンタがリセットすることを防止するために、リセット用カウンタの計数値をリセットする。
さらに、リセット用カウンタは、第２エッジ検出信号の次の第３エッジ検出信号が発生したとき、前記計数値が前記初期値＋２Ｎに等しくないと、リセットされ、第３エッジ検出信号の発生前に、計数値は初期値＋２Ｎを上回ると、前記初期値にリセットすることもできる。
第３エッジ検出信号の発生時に計数値が初期値＋２Ｎに等しくないと、第１レベルから第２レベルになり、再び第１レベルとなるまでの期間、或いは第２レベルから第１レベルになり、再び第２レベルとなるまでの期間が、正規の時間と異なっており、受信データが正規に受信できていない。或いは、第３エッジ検出信号の発生前に、計数値が初期値＋２Ｎを上回ると、第１レベルから第２レベルになり、再び第１レベルとなるまでの期間、或いは第２レベルから第１レベルになり、再び第２レベルとなるまでの期間が、正規の時間よりも長く、受信データが正規に受信できていない。或いは第２エッジ検出信号の発生後に、第１レベルまたは第２レベルのデータが連続して伝送されている。この場合も、Ｎ進カウンタの計数値は正規の受信データに同期しない。従って、上記と同様にリセット用カウンタをリセットしている。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明によるクロック再生回路の１実施形態のブロック図である。
図２ａ乃至図２ｅは、図１のクロック再生回路において正規の受信データが供給されたときの動作の説明図である。
図３ａ乃至ｅは、図１のクロック再生回路においてＨレベルの期間が短い受信データが供給されたときの動作の説明図である。
図４ａ乃至図４ｅは、図１のクロック再生回路においてＨレベルの期間が長い受信データが供給されたときの動作の説明図である。
図５ａ乃至５ｅは、図１のクロック再生回路においてＬレベルの期間が長い受信データが供給されたときの動作の説明図である。
図６ａ乃至図６ｅは、図１のクロック再生回路において、クロック信号と受信データとの同期の説明図である。
発明を実施するための最良の形態
本発明の１実施形態のクロック再生回路は、図１に示すように、入力端子２を有している。この入力端子２に、図２ｂに示すような受信データが供給される。この受信データは、第１レベル例えばＨ（高）レベルと第２レベル例えばＬ（低）レベルとの間で変位する。この受信データは、エッジ検出回路４に供給されている。エッジ検出回路４は、例えば微分回路によって構成され、図２ｃに示すように受信データの立ち上がり及び立ち下がりごとにエッジ検出信号を発生する。
このエッジ検出信号は、制御回路６に供給される。この制御回路６は、例えばＣＰＵまたはＤＳＰによって構成されている。この制御回路６は、エッジ検出信号と、リセット用カウンタ８の計数値とに基づいて、リセット用カウンタ８を制御する。この制御については後述する。カウンタ８は、マスタクロック信号源１０が発生するマスタクロック信号が立ち下がるごとに、計数値を１ずつ増加させている。このマスタクロック信号は、正規の受信データ、例えば歪みや雑音の影響を受けていない受信データが、それぞれＨレベル及びＬレベルである期間のＮ（Ｎは正の整数）分の１の周期を持っている。即ち、受信データのビットレートのＮ倍の周波数のものである。
このマスタクロック信号は、Ｎ進カウンタ１２にも供給されている。このＮ進カウンタ１２は、マスタクロック信号をＮ発カウントするごとに、初期値、例えば０から計数することを繰り返す。また、このＮ進カウンタ１２は、カウンタ８からカウンタ信号が供給されると、強制的に計数値が０とされる。
このＮ進カウンタ１２の計数値は、クロック生成手段、例えばクロック生成部１４に供給される。クロック生成部１４は、Ｎ進カウンタ１２の計数値に従ってクロック信号のレベルを変化させる。この変化についても後述する。このクロック信号は、遅延回路１６に供給される。この遅延回路１６には、入力端子２から受信データも供給されている。遅延回路１６は、受信データをクロック信号に同期させる。遅延回路１６としては、例えばＤ型フリップフロップを使用することができる。
次に、各ビットがビットレートに等しい期間を持つ正規の受信データを受信しているときについて、図２ａ乃至図２ｅを参照して説明する。
図２ｂに示すように、受信データがＬ、Ｈ、Ｌ、Ｈとレベルが変化するとする。このとき、同図ｃに示すように、受信データの立ち上がり及び立ち下がりに応動した４回のレベル変化において、３発のエッジ検出信号が発生する。
第１発目のエッジ検出信号の立ち上がりに応動した制御回路６からの指示に従って、同図ｄに示すように、カウンタ８は１から計数を開始する。
第２発目のエッジ検出信号が立ち上がったとき、その計数値はＮである。即ちＨレベルの期間にＮ発のマスタクロック信号が発生しているので、このＨレベルの期間は、正規の期間と見なせる。よって、制御回路６は、何も指示をカウンタ８に与えず、カウンタ８は、そのまま計数を継続する。
３発目のエッジ検出信号が立ち上がったとき、カウンタ８の計数値は２Ｎである。即ち、正規のＨレベルの期間に続いて、Ｌレベルである期間にＮ発のマスタクロック信号が発生しているので、このＬレベルの期間も正規の期間と見なせる。よって、制御回路６は、カウンタ８に同図ｅに示すようにリセット信号をＮ進カウンタ１２に供給させる。
このリセット信号は、受信データがＬレベルから変化したＨレベルが正規の期間にわたって継続し、さらに正規の期間にわたってＬレベルを継続した結果、発生したものである。
２Ｎは、予め定めたエッジ検出信号の発生回数３とＮとによって定められたものであり、予め定めたエッジ検出信号の発生回数をｍとすると（ｍ−１）Ｎで表される。
このリセット信号が図６ｂに示すように発生すると、Ｎ進カウンタ１２は、図６ａに示すマスタクロックの計数を初期値０から開始し、同図ｃに示すように計数値が０から１ずつ増加していく。このときからクロック生成部１４は、同図ｄに示すように、その出力信号のレベルをＬとする。
Ｎ進カウンタ１２の計数値が（Ｎ／２）−１になったとき、即ちＮ／２発のマスタクロック信号を計数したとき、クロック生成部１４は、その出力信号をＨレベルとする。
Ｎ進カウンタ１２の計数値がＮ−１になったとき、即ちＮ発のマスタクロック信号を計数したとき、クロック生成部１４は、その出力信号を再びＬレベルとする。このクロック生成部１４の出力信号がクロック信号として、遅延回路１６に供給される。
以下、Ｎ進カウンタ１２及びクロック生成部１４は、同一の動作を繰り返し、クロック信号を発生する。
このようにクロック信号は、Ｎ進カウンタ１２の計数値に基づいて生成され、Ｎ進カウンタ１２は、受信データ信号のＨレベル及びＬレベルの期間がそれぞれ計数値Ｎで表されているとき、リセットされている。従って、クロック信号は正規の受信データに同期している。この正規の受信データに同期しているクロック信号が遅延回路１６に供給され、遅延回路１６において、図６ｅに示すようにクロック信号に受信データのビットのタイミングが一致させられる。
図３ｂに示すように、受信データのＨレベルの期間がＮ発のマスタクロックの期間よりも短い場合を考える。
この場合、図３ｂに示す受信データがＬレベルからＨレベルに変化し、このＨレベルからＬレベルに変化したとき、即ち、同図ｃに示す２発目のエッジ検出信号が立ち上がったとき、同図ｄに示すようにカウンタ８の計数値がＮよりも小さい値、例えばＮ−１となる。
制御回路６が、この計数値を初期値＋Ｎに等しくないと判定し、制御回路６はカウンタ８の計数値を初期値０として、マスタクロックが入力されても、０を維持する。従って、カウンタ８は同図ｅに示すようにリセット信号を発生しない。よって、受信データと非同期のクロック信号が発生することはない。
なお、次にエッジ検出信号が発生した後、カウンタ８は１から計数を開始する。
図４ｂに示すように受信データのＨレベルの期間が、Ｎ発のマスタクロックの期間よりも長い場合を考える。
この場合、受信データの立ち上がりに同期してエッジ検出信号が発生した後、同図ｄに示すように２発目のエッジ検出信号が発生する前に、カウンタ８の計数値がＮ＋１となる。これを制御回路６が検出し、同図ｄに示すようにカウンタ８の計数値を０とし、以後、マスタクロックの計数を中止させる。
従って、カウンタ８は、同図ｅに示すようにリセット信号を発生せず、受信データと非同期のクロック信号が発生することはない。
なお、次にエッジ検出信号が発生した後、カウンタ８は１から計数を開始する。
図５ｂに示すように、受信データのＨレベルの期間がＮ発のマスタクロック信号の期間に相当したけれど、Ｌレベルの期間がＮ発のマスタクロック信号の期間よりも長い場合を考える。
この場合、同図ｃに示すように、２発目のエッジ検出信号が発生した後、３発目のエッジ検出信号が発生する前に、カウンタ８の計数値が２Ｎ＋１となる。即ち計数値が初期値＋２Ｎを上回る。
制御回路６は、これを検出し、カウンタ８の計数値を０とし、以後、マスタクロックの計数を中止させる。従って、カウンタ８は、同図ｅに示すように、リセット信号を発生せず、受信データと非同期のクロック信号が発生することはない。
なお、次にエッジ検出信号が発生した後、カウンタ８は１から計数を開始する。
このようにカウンタ８は、Ｈレベルの期間がＮ発のマスタクロック信号の期間に相当し、かつＬレベルの期間がＮ発のマスタクロック信号の期間に相当するときだけ、リセット信号を発生するので、クロック信号は正規の受信データに確実に同期したものとなる。
上記の実施の形態では、受信データがＬレベルからＨレベルに変化し、再びＬレベルに変化し、もう一度Ｈレベルに変化する場合に本発明を実施したが、逆に受信データがＨレベルからＬレベルに変化し、再びＨレベルに変化し、もう一度Ｌレベルに変化する場合にも本発明を実施することができる。また、受信データがＬ（またはＨ）レベルからＨ（またはＬ）レベルに変化し、再びＬレベル（またはＨ）に変化したとき、即ちカウンタ８の計数値がＮとなったときに、Ｎ進カウンタ１２をリセットするように構成してもよい。或いは、カウンタ８の計数値が３Ｎ以上のＮの整数倍の数になったときに、Ｎ進カウンタ１２をリセットするように構成することもできる。また、上記の実施の形態では、クロック再生回路をエッジ検出回路４、制御回路６、カウンタ８、Ｎ進カウンタ１２、クロック生成部１４及び遅延回路１６によって構成したが、これらをＣＰＵまたはＤＳＰ等を使用してソフトウエアによって実施することもできる。
産業上の利用の可能性
本発明は、ディジタルデータ伝送において、ディジタル伝送されたデータの各ビットを受信するために用いるクロック信号を、各データから再生するのに利用することができる。

Claims (3)

1. 受信データの１ビット期間の１／Ｎ（Ｎは正の整数）倍の周期を持つマスタクロック信号を発生するマスタクロック信号源と、
   前記マスタクロック信号を計数するＮ進カウンタと、
   前記受信データの第１レベルから第２レベルまたは第２レベルから第１レベルへの変位を検出するエッジ検出手段と、
   前記マスタクロック信号を計数し、予め定めた２以上の数の前記エッジ検出信号が発生する間の計数値が、前記Ｎと前記予め定めた数とに基づいて定めた数になったとき、前記Ｎ進カウンタをリセットするリセット用カウンタと、
   前記Ｎ進カウンタの計数値に基づいてクロック信号を生成するクロック生成手段とを、
   具備するクロック再生回路。
2. 請求項１記載のクロック再生回路において、
   前記リセット用カウンタは、
   第１エッジ検出信号の発生時に初期値から計数を開始し、第１エッジ検出信号の次の第２エッジ検出信号が発生したとき、前記計数値が前記初期値＋Ｎに等しくないと前記初期値にリセットされ、
   第２エッジ検出信号の発生前に、計数値が初期値＋Ｎを上回ると前記初期値にリセットされるクロック再生回路。
3. 請求項２記載のクロック再生回路において、
   前記リセット用カウンタは、
   第２エッジ検出信号の次の第３エッジ検出信号が発生したとき、前記計数値が前記初期値＋２Ｎに等しくないと、前記初期値にリセットされ、
   第３エッジ検出信号の発生前に、前記計数値が前記初期値＋２Ｎを上回ると前記初期値にリセットされるクロック再生回路。

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