JP3950744B2 - クロック断検出監視システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基準クロックおよびクロックに同期したデータを送受信する伝送システムに関し、特に受信クロックの断状態を検出し監視するシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
情報伝送装置において、保守時の原因切り分けのため、情報の読出しに用いられる受信クロックの有無（断状態）を監視する必要性がある。
【０００３】
従来、装置内で行われる情報伝送について、伝送されてきたクロックの断を検出する場合、信号処理するブロックの手前でクロック信号を分岐して検出回路と接続する方法が用いられている。図７は従来の情報伝送におけるクロック断検出監視システムの一例を示すブロック図である。
【０００４】
情報を送信する送信側システム１は、これを受信する受信側システム２に対してクロック３とデータ４を送出する情報転送部１０１を有している。また受信側システム２は、伝送されてきたクロック３とデータ４から情報を読取り処理する情報処理部２０１と、クロック３の断検出を行う断検出部２０２とを有し、クロック３は情報処理部２０１の手前で信号分岐されて断検出部２０２に入力されている。
【０００５】
次に動作を説明する。送信側システム１の情報転送部は、クロック３とこれに同期したデータ４を受信側システム２に対し送出する。クロックが正常に伝送されているとき、断検出部２０２で‘断検出無し’を確認する一方、信号分岐されたクロック３を用いて情報処理部２０１でデータ４を取り込む。クロック３が伝送されてきていないとき、情報処理部２０１はクロック３が断のため、データ４を読取ることができない。しかし、断検出部２０２で‘断検出有り’となり、情報が読取れないのは送信側システム１がクロック３を停止しているのか？あるいは送信側システム１と受信側システム２の間の接続異常であるのか？と、原因を特定することができる。
【０００６】
この図７に示した従来の技術は、特に簡単な回路構成を持つが、クロック３をバッファ無しに１：Ｎに分岐しているため、反射およびファンアウトの関係で波形劣化が生じ、情報処理部２０１でデータの読出しを正しく行えない場合がある。よって、低速クロックでの使用かつ波形劣化を抑える処置を施す必要がある。
【０００７】
図８は、図７の従来技術で問題となった波形特性の改善を行ったクロック断検出監視システムを示すブロック図であり、受信したクロックをバッファで波形整形する方法である。
【０００８】
送信側システム１は、受信側システム２に対してクロック３とデータ４を送出する情報転送部１０１を有し、受信側システム２は、伝送されてきたクロック３とデータ４から情報を読取り処理する情報処理部２０１と、伝送されてきたクロック３の断検出を行う断検出部２０２と、クロック３を波形整形するバッファ２０６と、バッファ２０６の出力を分岐して再び波形整形するバッファ２０７とを有する。バッファ２０７で波形整形されたクロックを情報処理部２０１へ入力する。
【０００９】
続いて動作を説明する。送信側システム１の情報転送部１０１は、クロック３とこれに同期したデータ４を受信側システム２に対して送出する。クロックが正常に伝送されているとき、クロック３はバッファ２０５で波形整形される。このときクロック３にはバッファ２０５の伝送遅延が生じる。バッファ２０５の出力は信号分岐され、断検出部２０２で‘断検出無し’を検出する一方、情報処理部２０１にわたすクロックはバッファ２０６で再び波形整形され情報処理部２０１に出力される。このときもバッファ２０６と同様に伝送遅延が生じる。最後に情報処理部２０１でデータを取込む。クロックが伝送されてきていないとき、本例は図７と同様の動作を行う。
【００１０】
この図８に示した従来の技術は、バッファリングすることにより波形特性が良好になるが、バッファで波形整形するたびに伝達遅延および遅延ばらつきが発生し、情報処理部２０１でデータ４との位相関係（ＡＣマージン）が確保できず、データ４を正しく取り込めない場合がある。よって、この方法を適用するにあたっては、充分なＡＣマージンがあることが条件となる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
図７に示した、クロックを信号分岐する方法を用いた場合、クロックの立ち上がりに反射の影響による波形劣化が生じると誤動作を起こしてしまうという欠点があった。また、ファンアウトが増えた関係で遅延が生じ、データとの位相関係（ＡＣマージン）が厳しくなり情報が正しく読み取れなくなるという欠点があった。
【００１２】
図８に示した、クロックをバッファで波形整形する方法を用いた場合は、バッファによる伝達遅延時間が発生することと、クロックが高速であるとき元々のＡＣマージンが厳しくなっていることから、データとＡＣマージンを確保することができず、情報が正しく読み取れなくなるという欠点があった。
【００１３】
本発明の目的は、ＡＣマージンが厳しいクロック伝送において、位相関係を劣化させることなくクロックの断監視を行うクロック断検出監視システムを提供することにある。
【００１４】
またさらに本発明の別の目的としては、波形特性が厳しいクロック伝送に関して、波形特性を劣化させずにクロックの断監視を行うクロック断検出監視システムを提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を鑑みて、本発明のクロック断検出監視システムは、送信側システムから受信側システムに対し、クロック信号と、前記クロック信号に同期したデータ信号を送出する伝送システムにおいて、前記受信側システムは、前記クロック信号に対し長く平行に併走させた併走パターンと、前記併走パターン中に発生したクロストークノイズの増幅を行う増幅手段と、前記増幅されたクロストークノイズの逆電圧を抑制する波形制御部と、前記逆電圧を抑制されたクロストークノイズをスレッショルドレベルと比較する比較部とによって構成され、前記クロストークノイズのレベル変動の有無でクロック断状態を検出することを特徴としている。
【００１６】
また、本発明の別の構成として、前記クロストークノイズが、前記併走パターンの近端側で発生する近端側クロストークノイズであることを特徴としている。
【００１７】
また、本発明の第三の構成として前記クロストークノイズが、前記併走パターンの遠端側で発生する遠端側クロストークノイズであり、前記遠端側クロストークノイズの反転信号を前記増幅部で増幅した後に、前記比較部で前記スレッショルドレベルと比較することを特徴としている。
【００１８】
また、本発明の第四の構成として、前記増幅部を非反転オペアンプで構成し、前記波形制御部をダイオードで構成したことを特徴としている。
【００１９】
最後に、本発明の第五の構成として、前記増幅部を反転オペアンプで構成し、前記波形制御部をダイオードで構成したことを特徴としている。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明のクロック断検出監視システムの実施形態につき、特徴および利点を明確にすべく、図面を参照して詳細に説明する。
【００２１】
図１において、情報を送信する送信側システム１は、クロック３とこれに同期したデータ４を受信側システム２に対して送出する情報転送部１０１を備えている。受信側システム２は、伝送されてきたクロック３とデータ４を読み取って処理する情報処理部２０１と、クロック３からクロストークノイズを得るため、クロック３に長く平行に併走させた併走パターン５と、発生したクロストークノイズを断検出部２０２で認識できるようにスレッショルド電圧レベル以上まで増幅する増幅部２０３と、増幅されたノイズ波形の逆電圧を抑制する波形制御部２０４と、増幅・波形制御されたクロストークノイズの電圧レベル変動検出を行う断検出部２０２と、併走パターン５の遠端側で終端を行う終端部２０５を有する。クロック３とデータ４は情報処理部２０１に直接一対一に入力されて処理が行われ、併走パターン５は近端側に配置された断検出部２０２に取り込まれ、クロック断アラームの検出に用いられる。
【００２２】
図２は本発明の実施の形態におけるクロック断検出回路の一例を示す図である。クロックパターン３に平行に併走パターン（線インピーダンス：Ｚ０）を併走（併走長：Ｌ）させ、併走パターン５にクロック３のクロストークノイズを発生させる。この際、併走パターン５の近端をＡポイント、遠端をＢポイントとする。併走パターン５の遠端に配置された終端抵抗２０５−１（インピーダンスＺ０）により併走パターン５のクロストークノイズ特性を設定する。近端で発生したクロストークノイズの電圧レベルは、振幅が小さいため非反転オペアンプ２０３−１で電圧レベルの増幅を行う。本実施形態ではゲインを１／Ｋ１（Ｋ１は併走パターンにおける定数）にし、電圧レベルをちょうどディジタルモノマルチ２０２−１の入力電圧の上限に設定する。次に、非反転オペアンプ２０３−１で増幅したクロストークノイズ（断検出部入力６）が、ディジタルモノマルチ２０２−１の入力定格電圧（逆電圧）を超過してディジタルモノマルチ２０２−１を破損させないように、ダイオード２０４−１を並列に接続する。これにより、断検出部入力６が逆電圧（負電圧）のとき、グランド（接地）から断検出部入力６へ逆電圧を抑制する。
【００２３】
ディジタルモノマルチ２０２−１は、増幅および波形制御して得られたクロストークノイズの電圧レベル変動を監視し、変動があれば‘クロック断アラーム無し’、変動してなければ‘クロック断アラーム有り’を発信する。
【００２４】
続いて本実施形態の動作につき、図３を用いて詳細に説明する。まず、送信側システム１の情報転送部１０１は、クロック３とこれに同期したデータ４を生成し、受信側システム２に転送する。
【００２５】
受信側システム２でクロック３が正常に受信されているとき、クロック３は周波数ｆ、振幅ＶでＨｉｇｈレベルとＬｏｗレベルを繰り返して出力する。併走パターン５は直流（レベル）信号であるが、クロック３に対して長く平行に併走しているため、クロック３が干渉して併走パターン５にクロストークノイズが発生する。クロック３の立ち上がり変化（ｔ０〜ｔ１）のとき、近端クロストーク地点（ポイントＡ）ではｔ０〜ｔ２の干渉ノイズ波形が発生する。この干渉ノイズ波形は、電圧レベル＋Ｋ１Ｖ（Ｋ１：クロック３のパターンと併走パターン５の相互クロストーク定数（＜１））、ノイズ幅２ＴｄＬ（Ｔｄ：単位線長あたりの伝搬遅延時間）を持つ。このクロストークノイズは振幅が小さいため、ディジタルモノマルチ２０２−１の入力スレッショルド電圧レベルＶｔｈに達せず、ゲイン１／Ｋ１の非反転オペアンプ２０３−１を用いて信号増幅する。これによりクロストークノイズ電圧レベルはＫ１Ｖ×（１／Ｋ１）＝Ｖとなり、ディジタルモノマルチ２０２−１の入力スレッショルド電圧レベルＶｔｈより大きい振幅となる。断検出部入力６が正電圧なので、ダイオード２０４−１には電流が流れず、電圧レベルの抑制を行わない。
【００２６】
次にクロック３の立ち下がり変化（ｔ３〜ｔ４）のとき、近端クロストーク地点（ポイントＡ）にｔ３〜ｔ５の干渉ノイズ波形が発生する。この干渉ノイズ波形は、電圧レベル−Ｋ１Ｖ、ノイズ幅２ＴｄＬを持つ。同様に非反転オペアンプ２０３−１で−Ｋ１Ｖ×（１／Ｋ１）＝−Ｖまで信号増幅される。この負レベルの波形をそのままディジタルモノマルチ２０２−１に入力すると、入力定格電圧（逆電圧）を超過してディジタルモノマルチ２０２−１を破損させるので、ダイオード２０４−１を並列に接続して断検出部入力６が負電圧のときグランド（接地）から断検出部入力６へ電流が流れ、負電圧レベルの抑制を行う。
【００２７】
最後にクロック３の立ち上がり変化、立ち下がり変化のどちらかで、断検出部入力６がディジタルモノマルチ２０２−１の入力スレッショルド電圧Ｖｔｈを跨いだとき‘断アラーム無し’と判断される。本実施形態ではクロック３の立ち上がり変化時に入力スレッショルド電圧Ｖｔｈを跨ぐ。
【００２８】
また、クロック３が断状態のとき、クロック３はレベル変動しないので併走パターン５もクロストークノイズを発生しない。よって断検出部入力６も変動せず入力スレッショルド電圧Ｖｔｈを跨がないため、ディジタルモノマルチ２０２−１で‘断アラーム有り’と判断される。
【００２９】
以上の動作がクロック３の断状態を、近端クロストークノイズを用いて間接的に監視する方式である。ただし、本実施形態の条件として、クロック３の立ち上がり時間ｔｒと、併走長Ｌと、単位線長あたりの伝搬遅延時間Ｔｄの関係はｔｒ＜２ＴｄＬで、かつディジタルモノマルチ２０２−１入力の信号変化検出のホールド時間ｔｈｏｌｄと、併走長Ｌと、単位線長あたりの伝搬遅延時間Ｔｄの関係は、ｔｈｏｌｄ＜２ＴｄＬとする必要がある。
ｔｒ＞２ＴｄＬの場合、クロストークノイズの電圧レベルが小さくオペアンプのゲインを高く設定しなければならないので、電源変動などの微少変動でも誤動作することがある。ｔｈｏｌｄ＞２ＴｄＬの場合はノイズ幅が小さいため、ディジタルモノマルチ２０２―１でレベル変動の認識（ホールド）ができないためである。
続いて、本発明の第２の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図４に示すとおり、送信側システム１は、クロック３とこれに同期したデータ４を受信側システムに対して送出する情報転送部１０１を有する。受信側システム２は、伝送されてきたクロック３とデータ４を読み取って情報処理する情報処理部２０１と、クロックからクロストークノイズを得るため、クロック３に長く平行に併走させた併走パターン５と、発生したクロストークノイズを断検出部２０２で認識できるようにスレッショルド電圧レベル以上まで増幅する増幅部２０３と、増幅されたノイズ波形の逆電圧を抑制する波形制御部２０４と、増幅・波形制御されたクロストークノイズの電圧レベル変動の検出を行う断検出部２０２を有する。ここで併走パターン５の近端側はグランド（接地）と接続されている。クロック３とデータ４は情報処理部２０１に直接一対一で接続され処理が行われ、併走パターン５は遠端側に配置された断検出部２０２に取り込まれ、クロック断アラームの検出に用いられている。
【００３０】
図５は本発明の他の実施形態におけるクロック断の検出回路の一例を示す。クロックパターン３に平行に併走パターン５（線インピーダンス：Ｚ０）を併走（併走長：Ｌ）させ、併走パターン５にクロックのクロストークノイズを発生させる。併走パターン５の近端をＡポイント、遠端をＢポイントとする。遠端で発生したクロストークノイズの電圧レベルは、振幅が小さくしかも反転しているため、反転オペアンプ２０３−２で電圧レベルの増幅を施す。本実施形態ではゲインを−１／Ｋ１（Ｋ１は併走パターンにおける定数）にして電圧レベルをちょうどディジタルモノマルチ２０２−２の入力電圧の上限に設定する。次に反転オペアンプ２０３−２で増幅したクロストークノイズ（断検出部入力６）がディジタルモノマルチ２０２−２の入力定格電圧（逆電圧）を超過してディジタルモノマルチ２０２−２を破損させないように、ダイオード２０４−２を並列に接続する。これにより、断検出部入力６が逆電圧（負電圧）のときグランド（接地）から断検出部入力６へ電流が流れ、逆電圧を抑制する。ディジタルモノマルチ２０２−２は、増幅および波形制御して得られたクロストークノイズの電圧レベルの変動を監視し、変動があれば‘クロック断アラーム無し’を、変動がなければ‘クロック断アラーム有り“を出力する。
【００３１】
続いて、本実施形態の動作について、図６の動作タイミング図で説明する。
【００３２】
受信側システム２でクロックが正常に受信されているとき、クロック３は周波数ｆ、振幅ＶでＨｉｇｈレベルとＬｏｗレベルを繰り返し出力する。併走パターン５は、直流（レベル）信号であるが、クロック３に対し長く平行に併走しているため、クロック３が干渉して併走パターン５にクロストークノイズが発生する。クロック３の立ち上がり変化（ｔ０‘〜ｔ１‘）のとき、遠端クロストーク地点（ポイントＢ
ではｔ２‘〜ｔ３’の干渉ノイズ波形が発生する。この干渉ノイズ波形は、電圧レベル−Ｋ１Ｖ（Ｋ１：クロック３のパターンと併走パターン５の相互クロストーク定数（＜１）、ノイズ幅２ＴｄＬを持つ（Ｔｄ：単位線長あたりの伝搬遅延時間）である。このクロストークノイズは振幅が小さいため、ディジタルモノマルチ２０２−１の入植スレッショルド電圧レベルＶｔｈに達しないので、ゲイン−１／Ｋ１の反転オペアンプ２０３−２を用いて信号増幅を行う。これによりクロストークノイズ電圧レベルは−Ｋ１Ｖ×（−１／Ｋ１）＝Ｖとなり、ディジタルモノマルチ２０２−１の入力スレッショルド電圧Ｖｔｈより大きい振幅の正電圧となる。よってダイオード２０４−２は、断検出部入力６が正電圧なので電流が流れず、電圧レベルの抑制をしない。
【００３３】
次にクロック３の立ち下がり変化（ｔ４‘〜ｔ５’）のとき、近端クロストーク地点（ポイントＡ）にｔ６‘〜ｔ７’の干渉ノイズ波形が発生する。この干渉ノイズ波形は、電圧レベル＋Ｋ１Ｖ、ノイズ幅２ＴｄＬを持つ。同様に反転オペアンプ２０３−１でＫ１Ｖ×（−１／Ｋ１）＝−Ｖまで信号増幅されるが、断検出部入力６は負レベルなのでそのままディジタルモノマルチ２０２−２を破損させる。ダイオード２０４−２は断検出部入力６が負電圧なので、グランド（接地）から断検出部入力６へ電流が流れ、負電圧レベルの抑制を行う。
【００３４】
最後にクロック３の立ち上がり変化、立ち下がり変化のいずれかで、断検出部入力６がディジタルモノマルチ２０２−２の入力スレッショルド電圧Ｖｔｈを跨げば、‘断アラーム無し’と判断される。本実施形態ではクロック３の立ち上がり変化時に、入力スレッショルド電圧Ｖｔｈを跨ぐこととなる。また、クロック３が断状態のとき、クロック３はレベル変動しないので併走パターン５もクロストークノイズが発生しない。よって断検出部入力６も変動せず、入力スレッショルド電圧Ｖｔｈを跨がないため、ディジタルモノマルチ２０２−２で‘断アラーム有り’と判断される。
【００３５】
以上の動作がクロック３の断状態を、遠端クロストークノイズを用いて間接的に監視する方法である。ただし、本実施形態の成立条件として、クロック３の立ち上がり時間ｔｒと、併走長Ｌと、単位線長あたりの伝搬遅延時間Ｔｄとの関係は、ｔｒ＞２ＴｄＬの場合は、クロストークノイズの電圧レベルが小さくなり、ゲインを高く設定しなければならず、電圧変動などの微少変動で誤動作することがあるのでｔｒ＜２ＴｄＬとし、かつディジタルモノマルチ２０２−２入力の信号変化検出のホールド時間ｔｈｏｌｄと、併走長Ｌと、単位線長あたりの伝搬遅延時間Ｔｄとの関係は、ｔｈｏｌｄ＞２ＴｄＬの場合は、ノイズ幅が小さ過ぎ、ディジタルモノマルチ２０２−２でレベル変動の認識（ホールド）ができなくなることがあるので、ｔｈｏｌｄ＜２ＴｄＬとしておく必要がある。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、高速な情報を送受信する際の伝送クロック断を監視する場合において、以下に記載する効果を奏する。
【００３７】
第１の効果は、波形整形目的の入力バッファ等の遅延およびバッファ遅延のばらつきがないので、クロックとデータの位相特性を劣化させることなく、クロック断を監視できることである。
【００３８】
そして第２の効果は、情報処理部に入力されるクロックと非接続であるため、信号分岐による反射等の波形劣化がないので、クロック波形を劣化させることなしにクロック断を監視できることである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態であるクロック断検出システムを示すブロック図である。
【図２】 本発明のクロック断検出部の構成を示したブロック図である。
【図３】 本発明の処理動作について説明するタイムチャートである。
【図４】 本発明の第二の実施形態を示すブロック図である。
【図５】 第二の実施形態におけるクロック断検出部の構成を示したブロック図である。
【図６】 第二の実施形態の処理動作について説明するタイムチャートである。
【図７】 従来の情報伝送におけるクロック断検出監視システムを示すブロック図である。
【図８】 従来の他のクロック断検出監視システムを示すブロック図である。
【符号の説明】
１ 送信側システム
２ 受信側システム
３ （伝送）クロック
４ （伝送）データ
５ 併走パターン
６ 断検出部入力
Ａ 併走パターン５の近端クロストーク点
Ｂ 併走パターン５の遠端クロストーク点
１０１ 情報転送部
２０１ 情報処理部
２０２ 断検出部
２０３ 増幅部
２０４ 波形制御部
２０５ 終端部
２０６ バッファ（１段目）
２０７ バッファ（２段目）
２０２−１ ディジタルモノマルチ
２０３−１ 非反転オペアンプ
２０４−１ ダイオード
２０５−１ 終端抵抗
２０３−２ 反転オペアンプ

Claims (5)

1. 送信側システムから受信側システムに対し、クロック信号と、前記クロック信号に同期したデータ信号を送出する伝送システムにおいて、
   前記受信側システムは、前記クロック信号に対し長く平行に併走させた併走パターンと、前記併走パターン中に発生したクロストークノイズの増幅を行う増幅手段と、前記増幅されたクロストークノイズの逆電圧を抑制する波形制御部と、前記逆電圧を抑制されたクロストークノイズをスレッショルドレベルと比較する比較部とによって構成され、
   前記クロストークノイズのレベル変動の有無でクロック断状態を検出することを特徴とするクロック断検出監視システム。
2. 前記クロストークノイズが、前記併走パターンの近端側で発生する近端側クロストークノイズであることを特徴とする、請求項１記載のクロック断検出監視システム。
3. 前記クロストークノイズが、前記併走パターンの遠端側で発生する遠端側クロストークノイズであり、前記遠端側クロストークノイズの反転信号を前記増幅部で増幅した後に、前記比較部で前記スレッショルドレベルと比較することを特徴とする、請求項１記載のクロック断検出監視システム。
4. 前記増幅部を非反転オペアンプで構成し、前記波形制御部をダイオードで構成したことを特徴とする、請求項２記載のクロック断検出監視システム。
5. 前記増幅部を反転オペアンプで構成し、前記波形制御部をダイオードで構成したことを特徴とする、請求項３記載のクロック断検出監視システム。

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