JP3771443B2 - ディジタルデータを直列伝送するための通信インタフェースおよびデータ伝送方法 - Google Patents

Description

【０００１】
直列のデータ伝送の際には、しばしば速度、耐ノイズ性および電流消費に関する妥協が図られる。所与のクロック周波数において、最も高いデータスループットは、分離したデータ、クロックおよび制御導線を有する同期伝送により達成される。しかしこの同期伝送は、特に耐ノイズ性が低く、従ってまた多重誤りを認識するためのデータ保護メカニズムの使用には制限付きでしか適していない。
【０００２】
クロックリカバリを有する同期伝送または非同期伝送のような他の方法は、クロック周波数が等しい場合、データ伝送速度が著しく遅い。その原因は同期のために追加情報の伝送が必要なこと、または多重走査が必要なことである。伝送速度の上昇は、電流消費が比例して増大するため、制限付きでしか可能でない。
【０００３】
本発明の課題は、ディジタルデータを直列伝送するための通信インタフェースまたはディジタルデータをビットごとに伝送するための直列データ伝送方法であって、同期伝送の速度が速いという利点を持ち、ノイズに対して保護された直列伝送と、クロックとデータとの間の確実な同期とを可能にする通信インタフェースおよび直列データ伝送方法を提供することである。
【０００４】
伝送路の遮蔽または長さの制限により、個々の誤りの検出が、ノイズに対して十分に保護された伝送を保証するに十分であるように構成することは公知である。この場合、データ伝送の開始および終了の同期は、制御線を経てのスタート／ストップ同期により与えられる。ビット同期は、開始と終了との間のクロックをカウントすることにより監視される。データ自体はパリティビットを介して保護される。
【０００５】
クロックリカバリを有する同期伝送の場合、利用情報は、生ずるビットストリームが十分な数のエッジ切換わりを含み（マンチェスターコード化、ビットスタッフィング、４Ｂ／５Ｂ等）、それを用いて送信クロックをリカバリできるように（ビット同期）コード化される。スタート／ストップ同期は、残りのテレグラムの中には現れない特別なビット列（ＢＯＦ、ＥＯＦ）を介して行われる。欠点は、その際に伝送すべきデータ量がコード化の結果として大きいことである（１．２５〜２倍）。その際に追加的な開始および終了標識が、利用データ量が少ないときに特に重要である。
【０００６】
非同期伝送の際には、ビット同期はスタートおよびストップビットを介して行われる。しかしながらこの同期は、制限された数のビット時間にわたってしか保証されていないので、この列を定期的に繰り返さなければならない。テレグラムのスタート／ストップ同期は、明示的なスタートおよびストップ標識を持つクロックリカバリを有する同期伝送の際のように行われる。欠点は、ここでも伝送すべきデータ量が大きいことである。さらに非同期伝送の際には何度も走査しなければならず、このことはデータ速度を減じ、もしくは電流消費を高める。
【０００７】
本発明はこの問題点を解決しようとするもので、伝送すべき部分情報、データ、クロックおよびデータ伝送の開始または終了（スタート／ストップ）が送信器の中で確定されたコード化規則に従って特別な状態列に変換され、そして受信器の中でこの状態列から再び上記の部分情報に復帰変換される。
【０００８】
そのためにディジタルデータを直列伝送するための通信インタフェースが設けられており、その際に夫々“高”または“低”レベルを印加可能な少なくとも３つの信号線（Ｔｘ０、Ｔｘ１、Ｔｘ２）が設けられ、その際に伝送すべきデータが少なくとも３つの信号線（Ｔｘ０、Ｔｘ１、Ｔｘ２）内の少なくとも２つにおけるレベルの切換えにより、そしてそれに伴なう第１のｎ−レベル組み（タップル）から第２のｎ−レベル組みへの移行によりコード化が可能である。
【０００９】
正に３つの信号線（Ｔｘ０、Ｔｘ１、Ｔｘ２）の場合には、伝送すべきデータは第１のレベル３つ組み（トリプレット）から第２のレベル３つ組みへの移行によりコード化可能である。通信インタフェースを介して例えば同期情報も伝送可能であるから、用語“データ”は少なくとも追加的にこのような情報をも含んでいる。
【００１０】
第１のｎ−レベル組みまたは第１のレベル３つ組みから第２のｎ−レベル組みまたは第２のレベル３つ組みへの許容される移行は、コード化プランの中で定められており、またこの形態で通信インタフェースを介して通信可能に接続された通信加入者の中に記憶される。それによってコード化プランが受信器の中で、特に誤りの認識および抑制のためにも利用可能である。
【００１１】
それによって、ディジタルデータをビットごとに伝送するための直列データ伝送方法であって、夫々“高”または“低”レベルを印加可能な少なくとも３つの信号線を備え、その際に伝送すべきデータが、少なくとも３つの信号線（Ｔｘ０、Ｔｘ１、Ｔｘ２）の内の少なくとも２つにおけるレベルの切換えにより、そしてそれに伴ない第１のｎ−レベル組みから第２のｎ−レベル組みへの移行によりコード化されるデータ伝送方法が実現可能である。
【００１２】
データ伝送は、その際伝送すべきデータビットが少なくとも３つの信号線の内の２つの信号線の切換えによりコード化されているときは、特に耐ノイズ性が高い。
【００１３】
少なくとも２つの信号線のレベル切換えを逆向きに行うならば、耐ノイズ性がなお一層向上する。
【００１４】
データ伝送の開始および終了を、少なくとも３つの信号線のそのつどのレベルの反転によりコード化してあるならば、スタート／ストップ同期を単に１つのビット時間によりとることができ、従って短いテレグラムの際に高いデータスループットが可能である。
【００１５】
本発明の、ならびに従属請求項の特徴による本発明の有利な実施の態様を、以下に図面に示す実施例により一層詳細に説明する。
【００１６】
以下に図１により説明する確定されたコード化規則に従って、伝送すべき部分情報が特別な状態列に変換される。
【００１７】
図１に示す状態図は６つの節点を有し、これらの節点の間で移行が定義されている。これらの節点の各々は、レベル、状況または状態の３つ組み（トリプレット）を定義されている。バス伝送の間には状態００１B、０１０Bおよび１００Bのみが使用される。なぜならば、これらの状態３つ組みでは、第１の３つ組みから第２の３つ組みへの移行の際に夫々正確に２つのレベルが逆向きに変化するからである。その際にレベル３つ組み００１Bからレベル３つ組み０１０Bへの移行は論理的１の伝送を示し、レベル３つ組み００１Bからレベル３つ組み１００Bへの移行は論理的０の伝送を示す。
【００１８】
バス休止の間は、状態１１０B、１０１Bおよび０１１Bのみが使用される。なぜならば、この集合の第１の状態３つ組みからこの集合の第２の状態３つ組みへの移行の際に再び正確に２つのレベルが逆向きに変化するからである。
【００１９】
データ伝送Ｔの作動形式からバス休止Ｒの作動形式へ到達するため、またはバス休止Ｒの作動形式からデータ伝送Ｔの作動形式へ到達するためには、スタート、ストップ切換えが必要である。このスタート、ストップ切換えはすべての３つのレベルの反転により特徴付けられる。データ伝送の最後のステップでレベル３つ組み０１０Bからレベル３つ組み１００Bへの切換わりを有する論理的１が伝送されるならば、レベル３つ組み１００Bからレベル３つ組み０１１Bへのストップ移行が続く。それに続いてバス休止Ｒの作動形式への移行が行われ、その中でレベル３つ組み１１０Bに属するレベルが３つの信号線上に加わる。バス休止Ｒのこの状態からスタート移行により再びデータ伝送Ｔの作動形式、即ちレベル３つ組み００１Bに到達し、その際に論理的１がレベル３つ組み０１０Bへの移行によりまたは論理的０がレベル３つ組み１００Bへの移行により標示される。
【００２０】
３つの信号線の現在の状態は、夫々状態図の節点により示されている。特定の時点では、状態図の節点の夫々１つしか有効でない。状態図の節点はいわば経路上の位置を記述し、その際に節点の間で定義される移行は可能な経路を決定する。状態図の中で定義されてない移行は不可能である。例えば図１中でレベル３つ組み００１Bからレベル３つ組み０１１Bへの直接的な移行は不可能である。図１の状態図により確定されるコード化規則は、状態列コード化と呼ばれる。追加的に、多重誤りの検出または誤り補正のためのデータ保護メカニズムを応用することも可能である。
【００２１】
図２は、状態列コード化の原理による例としてのデータ伝送を示す。送信器Ｓ（上段の第１の縦座標）の中にも受信器Ｅ（下段の第１の縦座標）の中にもデータＤ、Ｄ′がビット直列に存在している。データＤ、Ｄ′は従来通常の方法で“高”および“低”レベルの切換わりにより特徴付けられており、その際に多くの相前後して位置する同形式のレベルがクロック信号Ｃ（上段および下段の双方の中央の縦座標）により区別可能である。データ伝送は、スタート、ストップ導線に高レベルが印加されたときに開始し、この導線のレベルが再び低レベルに切換わったときに終了する（上段および下段の双方の第３の縦座標）。
【００２２】
図２の中段には、送信データＤ（上段の第１の縦座標）の状態列コード化の後に伝送区間Ｌ、３つの信号導線（Ｔｘ０、Ｔｘ１、Ｔｘ２）の上に生ずる信号列が示されている。送信データＤは受信器Ｅの中で状態列コード化のコード化規則に従って再びビット直列なデータＤ′に変換される（下段の第１の縦座標）。
【図面の簡単な説明】
【図１】 状態図による状態列コード化の原理を示す図。
【図２】 状態列コード化による利用データの伝送の状態を示す線図。

Claims (7)

1. ディジタルデータを直列伝送するための通信インタフェースにおいて、夫々“高”または“低”レベルを印加可能な３つの信号線（Ｔｘ０、Ｔｘ１、Ｔｘ２）を備え、そして伝送すべきデータが、３つの信号線（Ｔｘ０、Ｔｘ１、Ｔｘ２）の内の２つにおけるレベルの切換えにより、そしてそれに伴なう第１のレベル３つ組みから第２のレベル３つ組みへの移行によりコード化可能であり、かかる移行はクロック信号（Ｃ）の各クロックにおいて行われることを特徴とする通信インタフェース。
2. ２つの信号線のレベル切換えが逆向きに行われることを特徴とする請求項１記載の通信インタフェース。
3. データ伝送の開始および終了が３つの信号線のそのつどのレベルの反転によりコード化可能であることを特徴とする請求項１または２に記載の通信インタフェース。
4. ディジタルデータをビットごとに伝送するための直列データ伝送方法において、夫々“高”または“低”レベルを印加可能な３つの信号線（Ｔｘ０、Ｔｘ１、Ｔｘ２）を備え、そして伝送すべきデータが３つの信号線（Ｔｘ０、Ｔｘ１、Ｔｘ２）の内の２つにおけるレベルの切換えにより、そしてそれに伴なう第１のレベル３つ組みから第２のレベル３つ組みへの移行によりコード化されることを特徴とするデータ伝送方法。
5. データ伝送の開始および終了が、３つの信号線のそのつどのレベルの反転によりコード化されることを特徴とする請求項４記載のデータ伝送方法。
6. 技術的プロセスを制御および／または監視するための自動化装置であって、他の自動化装置と通信可能に接続される自動化装置において、請求項１ないし３の１つによる通信インタフェースを有することを特徴とする自動化装置。
7. 技術的プロセスを制御および／または監視するための自動化装置であって、他の自動化装置と通信可能に接続される自動化装置において、通信可能に接続される自動化装置間のデータ交換が請求項４または５によるデータ伝送方法を用いて行われることを特徴とする自動化装置。

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