JP4285440B2 - Optical data link - Google Patents
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Description
本発明は、光通信において光信号からデータの再生を行う光データリンクに関するものである。 The present invention relates to an optical data link for reproducing data from an optical signal in optical communication.
光通信における受信回路として用いられる光データリンクは、受信した光信号を電気信号に変換し、その電気信号を増幅・識別し、電圧におけるゆらぎ除去を行うものと、その後に、その電気信号からクロック信号を抽出(リタイミング)すると共に、抽出したクロック信号を用いてデータ再生(リジェネレーティング)を行い、時間における揺らぎを除去するものがある。後者の光データリンクでは、その出力信号はこのようにして時間的に再生されると共に、伝送線路やデバイスに起因するジッタも除去される。 An optical data link used as a receiving circuit in optical communication converts a received optical signal into an electrical signal, amplifies and identifies the electrical signal, removes fluctuations in voltage, and then converts the electrical signal to a clock. Some extract (retiming) a signal and perform data regeneration (regeneration) using the extracted clock signal to remove fluctuations in time. In the latter optical data link, the output signal is reproduced in this manner in this way, and jitter caused by transmission lines and devices is also removed.
一般に、高速の光データリンクは、リタイミング処理及びリジェネレーティング処理を行う同期再生回路が備えられているものが多い。この同期再生回路に求められる特性としては、位相同期ループ(PLL)における同期引き込みの高速性、デバイス間の特性のばらつきに対応できること、伝送線路上における遅延時間や周波数応答等の低周波ゆらぎに対応できること、広いマーク率の信号に対応できること、バースト信号に対応できること、低周波成分を含む信号に対応できること等が挙げられる。 In general, many high-speed optical data links are provided with a synchronous reproduction circuit that performs retiming processing and regeneration processing. The characteristics required for this synchronized recovery circuit include high-speed synchronization pull-in in the phase-locked loop (PLL), ability to cope with variations in characteristics between devices, and low-frequency fluctuations such as delay time and frequency response on the transmission line. It is possible to cope with a signal with a wide mark ratio, a burst signal, a signal including a low frequency component, and the like.
これらの中で、伝送線路上における低周波ゆらぎへの対応は、定常的に信号が流れるような光通信においてデータ誤りを防止するために特に重要である。低周波ゆらぎに対応するためには、PLLにおける周波数同期範囲を広くし、かつ、同期再生回路からの出力におけるジッタを小さくする必要がある。しかし、周波数同期範囲を広くした場合は、低周波ジッタと本来の信号の区別ができないため、出力におけるジッタを小さくすることは困難である。従って、一般的には、周波数同期範囲を広くすることと、出力におけるジッタを小さくすることとを両立することは難しい。 Among these, the response to the low-frequency fluctuation on the transmission line is particularly important for preventing data errors in optical communication in which a signal constantly flows. In order to cope with low-frequency fluctuations, it is necessary to widen the frequency synchronization range in the PLL and to reduce the jitter in the output from the synchronous reproduction circuit. However, when the frequency synchronization range is widened, it is difficult to reduce the jitter at the output because low frequency jitter cannot be distinguished from the original signal. Therefore, in general, it is difficult to achieve both widening the frequency synchronization range and reducing jitter at the output.
このような低周波ゆらぎに対応するための従来技術としては、例えば下記特許文献1及び2記載のPLL回路が知られている。このPLL回路は、周波数同期範囲を広くするために、第1のPLLによって抽出されたクロック信号を補正する手段として周波数差検出回路又は第2のPLLを備えている。また、下記特許文献3には、クロック信号の位相を最適化する判定制御回路を有するリタイミング回路が開示されている。さらには、下記特許文献4には、入力信号の変化点密度を検出して、その変化点密度に応じて位相比較器の出力を調整するPLL回路が開示されている。また、下記特許文献5には、周波数同期範囲の異なる2つのPLL回路が直列に接続されたデータ受信回路が開示されている。
上記特許文献1〜4に記載のPLL回路においては、入力信号に低周波ジッタが含まれていた場合であってもその低周波ジッタを除去することができず、出力信号はその低周波ジッタを含んだ状態で出力されてしまう。一方、上記特許文献5に記載のデータ受信回路においては、第2のPLL回路の周波数同期範囲が第1のPLL回路より狭くされているために、出力信号における低周波ジッタを抑制することができる。その結果、データ受信回路は、周波数同期範囲を広くすると同時に、出力信号における低周波ジッタを抑制している。
In the PLL circuits described in
しかしながら、上記データ受信回路においては、PLL回路の応答時間の違いに起因して、第1のPLL回路によって抽出されるクロック信号と第2のPLL回路によって抽出されるクロック信号との位相差が入力信号の1/2パルス幅以上に達したときに、クロックスリップによるデータ誤りが発生する欠点があった。例えば、第1のPLL回路の応答時間が100nsec、第2のPLL回路の応答時間が100μsecであって、入力信号としてパルス幅が0.9999nsecのパルス信号とパルス幅1.0001nsecのパルス信号とが10,000個ずつ交互に現れる信号列を考える。この場合には、パルス幅が0.9999nsecから1.0001nsecに切り替わってから100nsec経過すると第1のPLL回路が応答するが、その時点で第2のPLL回路は応答していない。そのため、第2のPLL回路において抽出されるクロック信号の間隔は、第2のPLL回路における間隔と0.0002nsecの差異を生じている。この状態で2,500パルス分経過すると、両回路の位相差が0.5nsec、つまり入力信号の1/2パルス幅以上に達し、誤りを生じてしまう。このようなクロックスリップを防止するためには、第2のPLL回路の応答時間を短くすることも考えられる。しかしながら、一般に同じ形式の回路ならPLL回路の応答時間と同期周波数幅にはトレードオフの関係があるため、出力信号の低周波ジッタを低減するためには、応答時間を短くすることには限界がある。 However, in the data receiving circuit, the phase difference between the clock signal extracted by the first PLL circuit and the clock signal extracted by the second PLL circuit is input due to the difference in response time of the PLL circuit. There is a drawback that a data error due to clock slip occurs when the signal has reached a half pulse width or more. For example, the response time of the first PLL circuit is 100 nsec, the response time of the second PLL circuit is 100 μsec, and a pulse signal having a pulse width of 0.9999 nsec and a pulse signal having a pulse width of 1.0001 nsec are input signals. Consider a signal sequence that appears alternately every 10,000. In this case, the first PLL circuit responds when 100 nsec elapses after the pulse width is switched from 0.9999 nsec to 1.0001 nsec, but the second PLL circuit is not responding at that time. Therefore, the interval of the clock signal extracted in the second PLL circuit is different from the interval in the second PLL circuit by 0.0002 nsec. When 2,500 pulses have elapsed in this state, the phase difference between the two circuits reaches 0.5 nsec, that is, more than ½ pulse width of the input signal, causing an error. In order to prevent such a clock slip, it is conceivable to shorten the response time of the second PLL circuit. However, in general, the same type of circuit has a trade-off relationship between the response time of the PLL circuit and the synchronization frequency width. Therefore, in order to reduce the low frequency jitter of the output signal, there is a limit to shortening the response time. is there.
そこで、本発明は、かかる課題に鑑みて為されたものであり、出力信号における低周波ジッタを低減すると同時に、クロックスリップによるデータ誤りを効果的に防止することが可能な光データリンクを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of such problems, and provides an optical data link that can reduce low-frequency jitter in an output signal and at the same time effectively prevent data errors due to clock slip. For the purpose.
上記課題を解決するため、本発明の光データリンクは、クロック信号とデータ信号とを含む光信号を電気信号に変換し、電気信号からクロック信号を抽出し、該クロック信号を用いて電気信号からのデータ信号の再生を行う光データリンクにおいて、電気信号から第1のクロック信号を抽出する第1の位相同期ループ(PLL)回路と、第1のクロック信号に同期して電気信号から第1の出力信号を生成する第1のデータ識別回路と、第1の出力信号を第1のクロック信号に同期して保持するデータ保持部と、第1のPLL回路よりも周波数同期範囲が狭く設定されており、第1のクロック信号又は電気信号から第2のクロック信号を抽出する第2のPLL回路とを備え、第1の出力信号は、第2のクロック信号に同期してデータ保持部から読み出され、データ保持部から読み出された第1の出力信号に基づき第2のクロック信号に同期して第2の出力信号を生成する第2のデータ識別回路を更に備えることを特徴とする。
In order to solve the above problems, an optical data link of the present invention converts an optical signal including a clock signal and a data signal into an electric signal, extracts the clock signal from the electric signal, and uses the clock signal to extract the clock signal. In the optical data link for reproducing the data signal, a first phase-locked loop (PLL) circuit that extracts the first clock signal from the electrical signal, and the first from the electrical signal in synchronization with the first clock signal A first data identification circuit that generates an output signal; a data holding unit that holds the first output signal in synchronization with the first clock signal; and a frequency synchronization range that is narrower than that of the first PLL circuit. And a second PLL circuit that extracts the second clock signal from the first clock signal or the electric signal, and the first output signal is output from the data holding unit in synchronization with the second clock signal. Is Desa see, characterized in that it comprises a second data identification circuit for generating a second output signal in synchronization with the second clock signal based on the first output signal read from the data holding unit further .
この光データリンクにおいては、光信号から変換された電気信号をもとに、周波数同期範囲の広い第1のPLL回路によって第1のクロック信号が抽出された後、その電気信号、又は第1のクロック信号をもとに、周波数同期範囲の狭い第2のPLL回路によって第2のクロック信号が抽出され、第2のクロック信号に同期して電気信号からデータ信号が再生される。従って、第1のPLL回路によって周波数同期範囲が広くされると同時に、第2のPLL回路によって出力信号における低周波ジッタが低減される。さらに、データ保持部においては、第1のデータ識別回路によって第1のクロック信号に基づいて生成された第1の出力信号が、第1のクロック信号に同期して保持され、保持された第1の出力信号は、第2のクロック信号に同期して読み出される。これにより、両PLL回路の応答時間が異なることによってクロック信号の位相差が大きくなっても、前段のPLL回路からの出力信号を第2のクロック信号に同期して出力させるので、データ再生時のクロックスリップを防止することができる。また、一般にデータ保持部からの読み出しにおいては、その読み出しアドレスによって信号の遅延時間がわずかではあるが変わり、これがジッタ発生の一因になることがあるが、このような第2のデータ識別回路を備えれば、データ保持部の特性に左右されることなく、出力回路におけるジッタの発生を抑えることができる。
In this optical data link, after the first clock signal is extracted by the first PLL circuit having a wide frequency synchronization range based on the electrical signal converted from the optical signal, the electrical signal or the first Based on the clock signal, the second clock signal is extracted by the second PLL circuit having a narrow frequency synchronization range, and the data signal is reproduced from the electrical signal in synchronization with the second clock signal. Therefore, the frequency synchronization range is widened by the first PLL circuit, and at the same time, low frequency jitter in the output signal is reduced by the second PLL circuit. Further, in the data holding unit, the first output signal generated based on the first clock signal by the first data identification circuit is held in synchronization with the first clock signal and held in the first data signal. The output signal is read in synchronization with the second clock signal. As a result, even if the phase difference between the clock signals increases due to the difference in response time between the two PLL circuits, the output signal from the previous PLL circuit is output in synchronization with the second clock signal. Clock slip can be prevented. In general, in reading from the data holding unit, the delay time of the signal changes slightly depending on the read address, and this may cause the occurrence of jitter. If provided, the occurrence of jitter in the output circuit can be suppressed without being influenced by the characteristics of the data holding unit.
また、第1のPLL回路は、第2のPLL回路から基準クロック信号を受信することも好ましい。こうすれば、もし第1のPLL回路が基準クロックを必要とする方式のPLL回路であっても、第1のPLL回路における基準クロック源が不要となるので、第1のPLL回路の回路規模を小さくすることができる。 The first PLL circuit also preferably receives the reference clock signal from the second PLL circuit. In this way, even if the first PLL circuit is a PLL circuit that requires a reference clock, the reference clock source in the first PLL circuit is not required, so the circuit scale of the first PLL circuit is reduced. Can be small.
また、データ保持部は、第1の出力信号を分割して保持する複数のバッファ部と、第1の出力信号を、第1のクロック信号に同期して複数のバッファ部のうちの1つに所定の順番で入力させるデータ書込回路と、第2のクロック信号に同期して複数のバッファ部のうちの1つから所定の順番で出力させるデータ読出回路とを有することも好ましい。かかる構成とすれば、第1のデータ識別回路から出力されたデータの各データ列を、それぞれ、バッファ部に分割して入力させた後、各バッファ部から第2のクロック信号に同期して各データ列を出力させることで、第2のクロック信号に同期した出力信号を得ることができる。 The data holding unit divides and holds the first output signal and the first output signal in one of the plurality of buffer units in synchronization with the first clock signal. It is also preferable to have a data writing circuit for inputting in a predetermined order and a data reading circuit for outputting in a predetermined order from one of the plurality of buffer units in synchronization with the second clock signal. With such a configuration, after each data string of data output from the first data identification circuit is divided and input to the buffer unit, each data unit is synchronized with the second clock signal from each buffer unit. By outputting the data string, an output signal synchronized with the second clock signal can be obtained.
また、データ保持部は、第1のクロック信号を計数する第1のカウンタと、第2のクロック信号を計数する第2のカウンタと、第1のカウンタと第2のカウンタの出力の差分を出力するアドレス設定部と、第1の出力信号が入力され、第1のクロック信号に同期して該入力された第1の出力信号をシフトし、第2のクロック信号に同期してアドレス設定部により選択されたビットを出力するシフトレジスタとを有することが好ましい。 The data holding unit outputs a first counter that counts the first clock signal, a second counter that counts the second clock signal, and a difference between the outputs of the first counter and the second counter. And an address setting unit that receives the first output signal, shifts the input first output signal in synchronization with the first clock signal, and synchronizes with the second clock signal by the address setting unit. It is preferable to have a shift register that outputs the selected bit.
この場合、第1のデータ識別回路から出力された第1の出力信号の各データ列を、順次シフトレジスタに格納するとともに、第2のクロック信号に同期してシフトレジスタからデータ列を読み出すことにより出力信号を生成する。その際、読み出されるデータ列を、第1及び第2のクロック信号のカウント数の差分に応じて選択させることで、読出し時のクロックスリップの発生を防止することができる。 In this case, each data string of the first output signal output from the first data identification circuit is sequentially stored in the shift register, and the data string is read from the shift register in synchronization with the second clock signal. Generate an output signal. At this time, by selecting the data string to be read according to the difference between the count numbers of the first and second clock signals, occurrence of clock slip at the time of reading can be prevented.
また、第1のカウンタと第2のカウンタの出力の差分が所定範囲を超えた場合に警報信号を出力する監視回路を更に備えることが好ましい。このような監視回路を備えることで、データ保持部において書き込みが読み出しに追いつくような場合や、書き込み処理が読み出し処理よりも早すぎてデータが失われてしまうような場合に、事前に通知することができる。 In addition, it is preferable to further include a monitoring circuit that outputs an alarm signal when the difference between the outputs of the first counter and the second counter exceeds a predetermined range. By providing such a monitoring circuit, a notification is given in advance when the data holding unit catches up with reading or when the writing process is earlier than the reading process and data is lost. Can do.
また、第2のPLL回路は、警報信号が出力された時に第2のクロック信号の周波数を第1のクロック信号の周波数に近づけることも好ましい。こうすれば、データバッファにおけるデータの喪失、及びクロックスリップの発生を事前に防止することができる。 It is also preferable that the second PLL circuit brings the frequency of the second clock signal close to the frequency of the first clock signal when an alarm signal is output. In this way, loss of data in the data buffer and occurrence of clock slip can be prevented in advance.
また、データ保持部は、警報信号が出力された場合に、第1のクロック信号に同期して第1の出力信号を読み出すことも好ましい。この場合、データ保持部における書き込み位置と読み出し位置との位置関係が保持されるので、データバッファにおけるデータの喪失を確実に防止することが出来る。 It is also preferable that the data holding unit reads the first output signal in synchronization with the first clock signal when the alarm signal is output. In this case, since the positional relationship between the writing position and the reading position in the data holding unit is held, loss of data in the data buffer can be reliably prevented.
本発明の光データリンクによれば、出力信号における低周波ジッタを低減すると同時に、クロックスリップによるデータ誤りを効果的に防止することができる。 According to the optical data link of the present invention, low frequency jitter in the output signal can be reduced, and at the same time, data error due to clock slip can be effectively prevented.
以下、図面を参照しつつ本発明に係る光データリンクの好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of an optical data link according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
[第1実施形態]
図1は、本発明の第1実施形態である光データリンクの構成を示す図である。同図に示す光データリンク1は、伝送線路側から入力された光信号を電気信号に変換するとともに、その電気信号からクロック信号を抽出し、抽出したクロック信号を用いて電気信号からのデータ信号の再生を行うモジュールである。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an optical data link according to the first embodiment of the present invention. The
光データリンク1は、フォトダイオード等の受光素子及び電流電圧変換回路からなり、光信号Oinをその強度に応じた電気信号Sinに変換する光受信部2と、同期再生回路3とを備えている。同期再生回路3は、クロック信号とデータ信号を含む電気信号Sinからクロック信号CL1を抽出する第1の位相同期ループ(PLL)回路4と、そのクロック信号CL1に同期して電気信号Sinから出力信号S1を生成する第1のデータ識別回路5と、クロック信号CL1からクロック信号CL2を更に抽出する第2のPLL回路6と、出力信号S1を、クロック信号CL2に同期した出力信号S2として出力するFIFOデータバッファ(データ保持部)7と、出力信号S2に基づきクロック信号CL2に同期してデータ信号の再生を行う第2のデータ識別回路8と、FIFOデータバッファ7の状態を監視するアドレス監視回路9と、AND回路10とから構成されている。以下、同期再生回路3の各構成要素について詳細に説明する。
The
第1及び第2のPLL回路4,6は、入力された電気信号から、電気信号に含まれるパルス信号を識別(データ再生)するタイミングを規定するクロック信号を抽出する。第1のPLL回路4は、電気信号Sinとクロック信号CL1との位相差に対応する電圧信号を生成する位相検出回路11、その電圧信号の高周波成分を除去するフィルタ回路12、及びフィルタ回路12からの電圧信号に応じて発信周波数を変化させるVCO(Voltage Controlled Oscillator)回路13等からなる(図2参照)。第2のPLL回路6の構成については後述する。
The first and
詳細には、第1のPLL回路4は、受光素子2から出力された電気信号Sinからクロック信号CL1を抽出し、第2のPLL回路6は、クロック信号CL1からクロック信号CL2を更に抽出する。このとき、第1のPLL回路4は、第2のPLL回路6からクロック信号CL2を受信することにより、周波数スペクトルがシャープなクロック信号CL2を、クロック抽出処理のための基準クロック源として利用する。ここで、第2のPLL回路6の周波数同期範囲は、第1のPLL回路4よりも狭く設定されており、その結果、第2のPLL回路6のクロック抽出処理の応答時間は、第1のPLL回路4の応答時間よりも大きくなっている。従って、クロック信号CL1に低周波ジッタが含まれている場合でも、クロック信号CL2はその低周波ジッタが除去された状態で出力されることになる。
Specifically, the
第1のデータ識別回路5は、クロック信号CL1に基づいて電気信号Sinのデータ信号を再生することで出力信号S1を生成する。すなわち、第1のデータ識別回路5は、クロック信号CL1のタイミングに合わせて、電気信号Sinのレベルと所定の閾値とを比較することによってデータビットを識別すると同時に、データビットに対応するパルス信号を再生する。第1のデータ識別回路5は、このようにして連続してデータ信号を再生することにより、クロック信号CL1に同期した出力信号S1を出力する。
The first
FIFOデータバッファ7は、出力信号S1を、クロック信号CL1に同期して保持すると共に、保持した出力信号S1をクロック信号CL2に同期して出力信号S2として出力する。図3に示すように、FIFOデータバッファ7は、データ書込回路15とデータ保持回路16とデータ読出回路17とを備えている。データ保持回路16は、出力信号S1によって表されるデータビットを所定のビット長だけ保持するメモリ素子である。データ書込回路15は、出力信号S1を受信すると、クロック信号CL1に同期して出力信号S1からデータビットを識別した後、データ保持回路16に識別したデータビットを書き込む。データ読出回路17は、データ保持回路16に書き込まれたデータビットを、先入れ先出し(FIFO)方式でクロック信号CL2に同期して読み出す。このような構成により、FIFOデータバッファ7は、クロック信号CL2に同期したパルス信号の連続である出力信号S2を生成する。
図4は、上記のFIFOデータバッファ7の構成をより詳細に示す図である。同図に示すように、データ書込回路15及びデータ読出回路17は、それぞれ、入力側スイッチ部18及び出力側スイッチ部20によって構成されており、データ保持回路16は、複数の1ビットバッファ部19によって構成されている。
FIG. 4 is a diagram showing the configuration of the
入力側スイッチ部18は、出力信号S1が入力される入力端子21と、1ビットバッファ部19と1対1で接続される複数の出力端子22とを有している。入力側スイッチ部18は、クロック信号CL1を常時受信すると共に、クロック信号CL1のタイミングに同期して入力端子21と出力端子22との間の接続を切り替えることにより、複数の1ビットバッファ部19のうちの1つに予め定められた順番で出力信号S1を入力させる。出力信号S1を入力させる順番は適宜設定されるが、例えば、図4に示す1ビットバッファ部19に対して上から順番に入力されるように設定される。
出力側スイッチ部20は、1ビットバッファ部19に1対1で接続される複数の入力端子23と、出力信号S2が出力される出力端子24とを有している。出力側スイッチ部20は、クロック信号CL2を常時受信すると共に、クロック信号CL2に同期して入力端子23と出力端子24との間の接続を切り替えることにより、複数の1ビットバッファ部19のうちの1つから、入力側スイッチ部18による入力順に従って順次データを読み出す。
The output-
1ビットバッファ部19は、図5に示すように、第1のDフリップフロップ(DFF)回路27と、第1のDFF回路27に直列に接続された第2のDFF回路28とを有している。第1のDFF回路27には、入力側スイッチ部18から出力信号S1が入力されると同時にクロック信号CL1が引き込まれ、第2のDFF回路28には、クロック信号CL2が引き込まれると同時に出力側スイッチ部20に接続されている。この第1のDFF回路27においては、出力信号S1が“D入力”として、クロック信号CL1が“CLOCK入力”として与えられ、“Q出力”が第2のDFF回路28に送り出されている。また、第2のDFF回路28においては、第1のDFF回路27の出力が“D入力”として、クロック信号CL2が“CLOCK入力”として与えられ、“Q出力”が出力側スイッチ部20に送り出されている。
As shown in FIG. 5, the 1-
このような構成により、1ビットバッファ部19は、クロック信号CL1の発生するタイミングで入力信号S1におけるデータビットを1ビットずつ分割して保持すると共に、クロック信号CL2の発生するタイミングで保持しているデータビットをパルス信号として出力する。さらに、入力側スイッチ部18と出力側スイッチ部20と1ビットバッファ部19との協働により、それぞれの1ビットバッファ部19に1ビットずつ分割して保持されたデータビットが、クロック信号CL2に同期した出力信号S2に合成される。このとき、複数の1ビットバッファ部19に保持されたデータビットは、出力側スイッチ部20により、入力側スイッチ部18からの入力順に合成される。
With this configuration, 1
図1に戻って、第2のデータ識別回路8は、クロック信号CL2に同期して出力信号S2のデータ信号を再生することで出力信号(第2の出力信号)Soutを生成する。すなわち、第2のデータ識別回路8は、クロック信号CL2のタイミングに合わせて、出力信号S2のレベルと所定の閾値とを比較することによってデータビットを識別すると同時に、データビットに対応するパルス信号を再生する。なお、FIFOデータバッファ7からの出力信号S2における低周波ジッタが十分小さく、出力信号S2のレベルが十分大きい場合には、出力信号S2を光データリンク1の最終的な出力信号として利用できるため、第2のデータ識別回路8は無くてもよい。
Returning to FIG. 1, the second
アドレス監視回路9は、データ保持回路16の書き込み先アドレス及び読み出し先アドレスをモニタすると共に、両アドレスの位置のずれが所定範囲を超えた場合に外部に警報信号を出力する。例えば、データ保持回路16がN(Nは2以上の整数)個の1ビットバッファ部19を備えており、それぞれの1ビットバッファ部19にアドレスとしてK1,K2,・・・,KN(K1,K2,・・・,KNは、K1<K2<・・・<KNを満たす整数とする)が付与されているとする。また、入力側スイッチ部18は、アドレスの降順あるいは昇順で、1ビットバッファ部19に出力信号S1を入力させるものとする。この場合、アドレス監視回路9は、現在の入力側スイッチ部18における書き込み先のアドレスKWと、現在の出力側スイッチ部20における読み出し先アドレスKRをモニタする。そして、アドレス監視回路9は、書き込み先アドレスKWと読み出し先アドレスKRとの位置のずれを両アドレスの差を取ることにより算出し、算出した位置のずれが予め設定された値を超えた場合には、警報信号ALMをオン状態で外部に出力する。
The address monitoring circuit 9 monitors the write destination address and the read destination address of the
AND回路10は、アドレス監視回路9から出力された警報信号ALMを受信するとともに、外部から許可信号Uinを受信する。この許可信号Uinは外部の入力装置等からユーザにより入力されるものであり、電圧レベルによりオン状態とオフ状態とを識別可能な信号である。さらに、AND回路10は、警報信号ALMの状態と許可信号Uinの状態とを識別した後、それらの状態のAND演算を行い、演算結果を自動補正信号Saとして第2のPLL回路6に送出する。例えば、警報信号ALMが“オン”、許可信号Uinが“オン”の場合は、“オン”状態の自動補正信号Saが送出される。
AND
第2のPLL回路6は、図6に示すように、第1のPLL回路4と同様な構成要素である位相検出回路31、フィルタ回路32、及びVCO回路33と共に、周波数検出回路34、電圧変換器35、及びスイッチ36を更に備える。周波数検出回路34は、第1のPLL回路4からクロック信号CL1を受信すると共に、VCO回路33からクロック信号CL2を受信する。そして、周波数検出回路34は、クロック信号CL1とクロック信号CL2との周波数差に応じたレベルの電圧信号を出力する。電圧変換器35は、周波数検出回路34から出力された電圧信号のレベルをk倍に変換する。また、電圧変換器35は、周波数検出回路34から出力された電圧信号にオフセット電圧を付加するものであってもよい。このようにして電圧変換器35から出力された電圧信号は、スイッチ36を介して、フィルタ回路32から出力された電圧信号に付加されることにより、発振周波数の制御用の電圧信号としてVCO回路33に入力される。この場合、スイッチ36は、AND回路10からの自動補正信号Saが“オン”状態の場合に、電圧変換器35からの信号をVCO回路33に送出する。以上のような第2のPLL回路6の構成により、自動補正信号Saが“オン”状態の場合は、VCO回路33の発振周波数であるクロック信号CL2の周波数が、クロック信号CL1の周波数に近づくように制御される。ここで、周波数検出回路34の出力はある特定の電圧を中心にして上下両方が出力可能である。第1のPLL回路4と第2のPLL回路6に周波数差がない場合には、周波数検出回路34は、この特定の電圧を出力し、周波数差の正負に応じてこの特定の電圧より高い電圧又は低い電圧を出力する。
As shown in FIG. 6, the second PLL circuit 6 includes a
なお、第2のPLL回路6は周波数検出回路34を備えているが、この周波数検出回路34と同等な機能が第1のPLL回路4に備えられている場合には、第2のPLL回路6における周波数検出回路34は不要である。
The second PLL circuit 6 includes the
以上説明した光データリンク1の作用効果について説明する。
The operational effects of the
光データリンク1においては、光信号Oinから変換された電気信号Sinをもとに、周波数同期範囲の広い第1のPLL回路4によって第1のクロック信号CL1が抽出された後、第1のクロック信号CL1をもとに、周波数同期範囲の狭い第2のPLL回路6によって第2のクロック信号CL2が抽出され、クロック信号CL2に同期して電気信号Sinからデータ信号Soutが再生される。従って、第1のPLL回路4によって周波数同期範囲が広くされると同時に、第2のPLL回路6によって出力信号Soutにおける低周波ジッタが低減される。さらに、データ書込回路15においては、第1のデータ識別回路5によってクロック信号CL1に基づいて生成された第1の出力信号S1が、データ保持回路16に第1のクロック信号CL1に同期して書き込まれるとともに、データ読出回路17においては、データ保持回路16のデータが、第2のクロック信号CL2に同期して読み出される。具体的には、FIFOデータバッファ7では、第1のデータ識別回路5から出力された出力信号S1の各データ列を、それぞれ、1ビットバッファ部19に分割して入力させた後、各1ビットバッファ部19からクロック信号CL2に同期して各データ列を出力させる。これにより、両PLL回路4,6の応答時間が異なることによってクロック信号CL1,CL2の位相差が大きくなっても、前段のPLL回路4からの出力信号を、FIFOデータバッファ7において第2のクロック信号CL2に同期して出力させので、データ再生時のクロックスリップを防止することができる。
In the
また、一般に、データ保持回路16からの読み出しにおいては、その読み出しアドレスによって信号の遅延時間がわずかではあるが変わり、これがジッタ発生の一因になることがあるが、光データリンク1は、第2のデータ識別回路8を備えているので、FIFOデータバッファ7におけるデータ保持回路16の特性に左右されることなく、出力信号Soutにおけるジッタの発生を抑えることができる。
In general, in reading from the
また、光データリンク1は、アドレス監視回路9を備えることで、データ保持回路16において書き込み先アドレスが読み出し先アドレスに追いつくような場合や、書き込み処理が読み出し処理よりも早すぎてデータが失われてしまうような場合に、ユーザに事前に通知することができる。さらに、第2のPLL回路6は、アドレス監視回路9から警報信号が出力された場合に、第2のクロック信号CL2の周波数を第1のクロック信号CL1の周波数に近づけるように動作するので、FIFOデータバッファ7におけるデータの喪失、及びデータ再生時のクロックスリップの発生を事前に防止することができる。
Further, the
[第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態について説明する。図7は、本発明の第2実施形態である光データリンク51の構成を示す図である。本実施形態にかかる光データリンク51では、FIFOデータバッファの構成が第1実施形態のものと異なる。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 7 is a diagram showing a configuration of an
図8には、図7のFIFOデータバッファ57の構成を詳細に示す。同図に示すように、FIFOデータバッファ57は、出力信号S1におけるデータ列を保持するレジスタ部61aと、レジスタ部61aにおいて保持されたデータ列をシフトさせるシフトレジスタ制御回路61bとから構成されるシフトレジスタ61と、シフトレジスタ61において保持されたデータ列を選択的に出力させるスイッチ部63と、スイッチ部63におけるデータ列の出力を制御する出力制御部64とから成る。
FIG. 8 shows the configuration of the
レジスタ部61aは、1ビット分のデータを記憶するメモリ部68が複数列配列されて成るものであり、出力信号S1によって表されるデータ列を1ビットずつ記憶するためのものである。シフトレジスタ制御回路61bは、クロック信号CL1を受信すると共に、クロック信号CL1のタイミングに合わせて出力信号S1のデータビットを識別した後、そのデータビットを、レジスタ部61aの最上位(図8の左側端部)の入力側のメモリ部68に書き込むように制御する。このとき、シフトレジスタ制御回路61bは、レジスタ部61aの全てのメモリ部68に保持されているそれぞれのデータ列を、隣接するメモリ部68に向けて入力方向にシフトさせる。この場合、シフトレジスタ制御回路61bは、出力信号S1のデータビットをレジスタ部61aの最下位に書き込むようにしてもよい。
スイッチ部63は、レジスタ部61aのそれぞれのメモリ部68と接続された複数の入力端子69と出力信号S2を出力する出力端子70とを備えており、出力制御部64の制御により、クロック信号CL2に同期して入力端子69と出力端子70との接続を1対1で切り替える。このようにして、スイッチ部63は、レジスタ部61aのデータ列のうちの特定の列を選択的に出力する。
出力制御部64は、2つのクロックカウンタ65,66とアドレス設定部67とから構成されている。クロックカウンタ65は、クロック信号CL1を受信して、所定時期から現在までのクロック信号CL1のカウント数Ct1を計数する。また、クロックカウンタ66は、クロック信号CL2を受信して、クロックカウンタ65と同一時期から現在までのクロック信号CL2のカウント数Ct2を計数する。
The
アドレス設定部67は、クロック信号CL2に同期して、クロックカウンタ65から出力されたカウント数Ct1とクロックカウンタ66から出力されたカウント数Ct2との差分を算出してスイッチ部63に出力する。その結果、アドレス設定部67は、算出した差分に応じて出力端子70と接続される入力端子69を切り替えるように制御する。これにより、レジスタ部61aから読み出されるデータ列を上位列又は下位列に向けて移動させる。より具体的には、アドレス設定部67は、カウント数Ct1がカウント数Ct2よりも大きくてデータ列の書き込み速度を読み出し速度よりも速くする必要がある場合には、スイッチ部63の接続を、シフトレジスタ61の読み出し方向(図8の右方向)に移動させる。一方、カウント数Ct1がカウント数Ct2よりも小さくてデータ列の書き込み速度を読み出し速度よりも遅くする必要がある場合には、スイッチ部63の接続を、シフトレジスタ61の読み出し方向と逆方向(図8の左方向)に移動させる。このとき、アドレス設定部67は、カウント数Ct1とカウント数Ct2との差分の絶対値の大小に応じて、入力端子69の接続位置のデフォルト位置からの移動量を増減する。
The
アドレス監視回路59は、アドレス設定部67におけるカウント数Ct1とカウント数Ct2との差分をモニタし、差分が所定範囲を超えた場合に外部に警報信号ALMを出力する。
The
以上説明した光データリンク51によれば、第1のデータ識別回路5から出力された出力信号S1における各データ列を、順次シフトレジスタ61に格納するとともに、クロック信号CL2に同期してシフトレジスタ61からデータ列を読み出すことにより出力信号S2を生成する。その際、シフトレジスタ61において読み出されるデータ列を、第1及び第2のクロック信号CL1,CL2のカウント数Ct1,Ct2の差分に応じて選択させることで、読出し時のクロックスリップの発生を防止することができる。
According to the optical data link 51 described above, each data string in the output signal S 1 outputted from the first
以下、このような光データリンク51におけるクロックスリップ防止の効果をより具体的に説明する。FIFOデータバッファ57におけるシフトレジスタ61のデータ容量をNビット、出力信号S1におけるデータ間隔をT0とした場合は、理論的には、低周波ジッタの累積、すなわち、クロック信号CL1とクロック信号CL2との位相差がMT0/2より小さければ、クロックスリップの発生を防止することができる。これに対して、FIFOデータバッファ57を備えない従来の光データリンクでは、低周波ジッタの累積がT0/2を超えるとクロックスリップが発生してしまう。このことから、光データリンク51は、FIFOデータバッファ57を備えない光データリンクに比較して、同じ振幅の1/M倍の周波数の低周波ジッタの影響にも耐えられるということになる。
Hereinafter, the effect of preventing clock slip in the
現実には、光データリンク51で処理される電気信号の立ち上がり時間や立ち下がり時間は0ではなく、データ識別回路5,8等に内蔵されるDフリップフロップのセトリングタイムも0ではない。そのため、FIFOデータバッファ57を備えない光データリンクで、T0/2−Ta(Taは、0<Ta<T0/2である正数)までの大きさの低周波ジッタに耐えられるとすると、光データリンク51では、MT0/2−Taまでの大きさの低周波ジッタに耐えられることになる。その結果、現実には、光データリンク51は、FIFOデータバッファ57を備えない光データリンクに比較して、同じ振幅の1/M倍以下の周波数の低周波ジッタの影響にも耐えることができる。
Actually, the rise time and fall time of the electrical signal processed by the optical data link 51 are not zero, and the settling time of the D flip-flop built in the
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。例えば、第2のPLL回路6には第1のPLL回路4によって生成されたクロック信号CL1が入力されているが、第2のPLL回路6に入力するのは、電気信号Sinであってもよい。ただし、クロック信号CL1は、電気信号Sinよりも狭帯域であるため、クロック信号CL1を利用してクロック抽出を行うほうがより効率的である。また、入力信号Sinのデータにおいて0又は1が継続するような場合は、クロック信号CL1を利用してクロック抽出を行うほうが、第2のPLL回路6が安定して動作できるので有利である。
In addition, this invention is not limited to embodiment mentioned above. For example, the clock signal CL 1 generated by the
また、光データリンク1,51は、アドレス監視回路9,59から警報信号ALMが出力された場合に、FIFOデータバッファ7,57からクロック信号CL1に同期してデータ列を読み出すように動作してもよい。
The optical data links 1 and 51 operate so as to read out the data string from the FIFO data buffers 7 and 57 in synchronization with the clock signal CL 1 when the alarm signal ALM is output from the
図9は、警報信号ALMの出力時に、FIFOデータバッファ57の読み出し動作をクロック信号CL1に基づいて行うようにした場合の光データリンク81の構成を示す図である。第2のPLL回路86は、第1のPLL回路4と同様に、位相検出回路、フィルタ回路、及びVCO回路から構成されている。また、第2のPLL回路86から出力されたクロック信号CL2は、スイッチ部87を介して、FIFOデータバッファ57のデータ読出回路17(図3参照)に送出される。スイッチ部87は、アドレス監視回路59から警報信号ALMを受信すると共に、警報信号ALMの状態に応じて第1のPLL回路4からのクロック信号CL1と第2のPLL回路86からのクロック信号CL2とを選択的にデータ読出回路17に送出する。すなわち、スイッチ部87は、警報信号ALMが“オン”状態の場合は、クロック信号CL1をデータ読出回路17に送出し、警報信号ALMが“オフ”状態の場合は、クロック信号CL2をデータ読出回路17に送出する。また、FIFOデータバッファ57のアドレス設定部67は、警報信号ALMが“オン”状態から“オフ”状態に遷移したときの読み出しアドレスを、直前に警報信号ALMが“オン”状態に遷移した時の読み出しアドレスからデフォルト位置に近いアドレスに変更するようにすると、データ読み出しが安定に行われるのでより好適である。
9, when the output of the alarm signal ALM, is a diagram illustrating a configuration of an
これにより、データ読出回路17は、警報信号ALMが“オン”状態の場合には、データ保持回路16からクロック信号CL1に同期してデータを読み出すように動作する。その結果、データ保持回路16における書き込み先アドレスと読み出し先アドレスとの位置関係が保持されるので、FIFOデータバッファ7におけるデータの喪失を確実に防止することができる。
Thus, data read
1,51,81…光データリンク、2…受光素子、3…同期再生回路、4…第1のPLL回路、5…第1のデータ識別回路、6,86…第2のPLL回路、7,57…FIFOデータバッファ(データ保持部)、8…第2のデータ識別回路、9,59…アドレス監視回路、15…データ書込回路、16…データ保持回路、17…データ読出回路、18…入力側スイッチ部(データ書込回路)、19…1ビットバッファ部、20…出力側スイッチ部(データ読出回路)、61…シフトレジスタ、65…クロックカウンタ(第1のカウンタ),66…クロックカウンタ(第2のカウンタ)、67…アドレス設定部、ALM…警報信号、CL1…第1のクロック信号、CL2…第2のクロック信号、Oin…光信号、Sin…電気信号、S1…第1の出力信号、Sout…第2の出力信号。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記電気信号から第1のクロック信号を抽出する第1の位相同期ループ(PLL)回路と、
前記第1のクロック信号に同期して前記電気信号から第1の出力信号を生成する第1のデータ識別回路と、
前記第1の出力信号を前記第1のクロック信号に同期して保持するデータ保持部と、
前記第1のPLL回路よりも周波数同期範囲が狭く設定されており、前記第1のクロック信号又は前記電気信号から第2のクロック信号を抽出する第2のPLL回路とを備え、
前記第1の出力信号は、前記第2のクロック信号に同期して前記データ保持部から読み出され、
前記データ保持部から読み出された前記第1の出力信号に基づき前記第2のクロック信号に同期して第2の出力信号を生成する第2のデータ識別回路を更に備える、
ことを特徴とする光データリンク。 In an optical data link that converts an optical signal including a clock signal and a data signal into an electrical signal, extracts the clock signal from the electrical signal, and regenerates the data signal from the electrical signal using the clock signal ,
A first phase-locked loop (PLL) circuit that extracts a first clock signal from the electrical signal;
A first data identification circuit for generating a first output signal from the electrical signal in synchronization with the first clock signal;
A data holding unit for holding the first output signal in synchronization with the first clock signal;
A frequency synchronization range set to be narrower than that of the first PLL circuit, and a second PLL circuit that extracts a second clock signal from the first clock signal or the electrical signal,
The first output signal is read from the data holding unit in synchronization with the second clock signal ,
A second data identification circuit that generates a second output signal in synchronization with the second clock signal based on the first output signal read from the data holding unit;
An optical data link characterized by that.
ことを特徴とする請求項1に記載の光データリンク。 The first PLL circuit receives a reference clock signal from the second PLL circuit;
The optical data link according to claim 1 .
前記第1の出力信号を、前記第1のクロック信号に同期して前記複数のバッファ部のうちの1つに所定の順番で入力させるデータ書込回路と、
前記第2のクロック信号に同期して前記複数のバッファ部のうちの1つから前記所定の順番で出力させるデータ読出回路とを有する、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の光データリンク。 A plurality of buffer units for dividing and holding the first output signal;
A data writing circuit for inputting the first output signal to one of the plurality of buffer units in a predetermined order in synchronization with the first clock signal;
A data read circuit for outputting the data from one of the plurality of buffer units in the predetermined order in synchronization with the second clock signal;
The optical data link of claim 1 or 2, characterized in that.
前記第1のクロック信号を計数する第1のカウンタと、
前記第2のクロック信号を計数する第2のカウンタと、
前記第1のカウンタと前記第2のカウンタの出力の差分を出力するアドレス設定部と、
前記第1の出力信号が入力され、前記第1のクロック信号に同期して該入力された第1の出力信号をシフトし、前記第2のクロック信号に同期して前記アドレス設定部により選択されたビットを出力するシフトレジスタと、
を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の光データリンク。 The data holding unit
A first counter for counting the first clock signal;
A second counter for counting the second clock signal;
An address setting unit for outputting a difference between outputs of the first counter and the second counter;
The first output signal is input, the input first output signal is shifted in synchronization with the first clock signal, and is selected by the address setting unit in synchronization with the second clock signal. A shift register that outputs the selected bits,
The optical data link according to claim 1 or 2 , characterized by comprising:
ことを特徴とする請求項4記載の光データリンク。 A monitoring circuit that outputs an alarm signal when a difference between outputs of the first counter and the second counter exceeds a predetermined range;
5. The optical data link according to claim 4, wherein:
ことを特徴とする請求項5記載の光データリンク。 The second PLL circuit brings the frequency of the second clock signal close to the frequency of the first clock signal when the alarm signal is output.
6. The optical data link according to claim 5, wherein:
ことを特徴とする請求項5記載の光データリンク。
The data holding unit reads the first output signal in synchronization with the first clock signal when the alarm signal is output.
6. The optical data link according to claim 5, wherein:
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