JP4359786B2 - データ伝送装置及びクロック切替回路 - Google Patents

データ伝送装置及びクロック切替回路 Download PDF

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Description

本発明は、データ伝送装置に関する。特に、本発明は、複数系統のシリアルデータを切り替えて伝送するデータ伝送装置に関する。
高速シリアル通信を行うシリアル通信システムが知られている。シリアル通信システムでは、映像データや音声データなどのシリアルデジタルデータが、データ伝送装置間で伝送される。また、シリアル通信において、複数の伝送系が用いられる場合がある。その場合、データ伝送装置において、データの瞬断を生じることなく伝送系の切り替えを行うことが重要である(特許文献1参照)。
例えば、テレビジョン(TV)放送局の設備では、映像機器間の接続を容易にするため、デジタル映像信号はシリアル信号で伝送される。そのシリアル映像信号は、光ケーブルを利用して他局に伝送される。シリアルデジタルインターフェース(SDI)の標準規格は、「SMPTE259M(SD:Standard-Definition)」や「SMPTE292M(HD:High-Definition)」である。このようなシリアル映像信号を放送局内や放送局間で扱うにあたり、メイン系統とバックアップ系統の2系統が用意されている。メイン系統でエラーが発生した時には、系統はバックアップ系統に切り替えられる。この時、メイン系統と同じ伝送品質のまま、無瞬断で切り替えを実行することが求められる。
図1は、従来のデータ伝送装置の構成を示すブロック図である。このデータ伝送装置は、無瞬断切り替え機能を有している。
第1シリアルパラレル変換部110は、第1系統のシリアルデータDS1(以下、「第1シリアルデータ」と参照される)を受け取る。第1シリアルパラレル変換部110は、第1シリアルデータDS1に基づいて、パラレルデータの再生を行う(データリカバリ)。再生されたパラレルデータは、以下「第1パラレルデータDP1」と参照される。この時、第1シリアルパラレル変換部110は、第1パラレルデータDP1のクロック信号も抽出・再生する(クロックリカバリ)。再生されたクロック信号は、以下「第1パラレルクロック信号PCLK1」と参照される。同様に、第2シリアルパラレル変換部120は、第2系統のシリアルデータDS2(以下、「第2シリアルデータ」と参照される)に基づいて、第2パラレルデータDP2と第2パラレルクロック信号PCLK2の再生を行う。
上述の第1パラレルデータDP1と第2パラレルデータDP2のいずれか一方が、選択パラレルデータDPとして選択される。その選択パラレルデータDPは、パラレルシリアル変換部130に入力される。
クロック切替回路150は、第1パラレルクロック信号PCLK1と第2パラレルクロック信号PCLK2を受け取り、そのうち選択パラレルデータDPに対応するパラレルクロック信号PCLKをパラレルシリアル変換部130に出力する。図1に示されるように、クロック切替回路150は、切替器151とPLL(Phase Locked Loop)回路154を備えている。切替器151は、第1パラレルクロック信号PCLK1と第2パラレルクロック信号PCLK2を切り替えることができ、いずれかのパラレルクロック信号PCLKをPLL回路154に出力する。PLL回路154は、そのパラレルクロック信号PCLKをパラレルシリアル変換部130に出力する。
パラレルシリアル変換部130は、受け取った選択パラレルデータDPとパラレルクロック信号PCLKに基づいて、シリアルデータDSを生成し出力する。
使用中の系統でエラーが発生した場合、選択パラレルデータDPが切り替えられる。それに伴い、クロック切替回路150の切替器151は、パラレルシリアル変換部130に入力されるパラレルクロック信号PCLKを切り替える。この時、系統間の位相差に無関係に切り替えが行われるため、PLL回路154が追従する間にジッタが生じる。
上述の標準規格には、タイミングジッタ(Timing Jitter)とアライメントジッタ(Alignment Jitter)の許容量が規定されている。タイミングジッタは、ジッタ周波数10Hz以上で規定される。SDの場合、タイミングジッタは、0.2UI(Unit Interval)すなわち、クロック周期の20%(1.4ns)以下であることが必要とされる。PLL応答を遅くすることで切り替え時のジッタを軽減することも考えられるが、規格の0.2UIを満足することは困難であった。
特許文献2には、PLL回路が記載されている。そのPLL回路は、位相比較器と、積分回路と、電圧制御発振器と、分周回路と、入力される二つの基準信号を選択する選択回路と、二つの基準信号間の位相差を打ち消す機能を有する位相差解消回路とを備える。位相差解消回路は、信号入力検知回路と、位相差存在検出回路と、遅延回路とを有する。信号入力検知回路は、入力される二つの基準信号をモニターして二つの基準信号が存在するか否かを検知する。位相差存在検出回路は、二つの基準信号間の位相差の有無を検出する。遅延回路は、二つの基準信号の一方を遅延させる。
特開2000−151568号公報 特開2004−23470号公報
本発明の目的は、複数系統のシリアルデータを切り替えて伝送するデータ伝送装置において、系統切り替え時のジッタを低減することができる技術を提供することにある。
以下に、[発明を実施するための最良の形態]で使用される番号・符号を用いて、[課題を解決するための手段]を説明する。これらの番号・符号は、[特許請求の範囲]の記載と[発明を実施するための最良の形態]との対応関係を明らかにするために括弧付きで付加されたものである。ただし、それらの番号・符号を、[特許請求の範囲]に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
本発明の第1の観点において、データ伝送装置(1)が提供される。そのデータ伝送装置(1)は、第1系統のシリアルデータ(DS1)から第1パラレルクロック信号(PCLK1)を再生する第1シリアルパラレル変換部(10)と、第2系統のシリアルデータ(DS2)から第2パラレルクロック信号(PCLK2)を再生する第2シリアルパラレル変換部(20)と、第1パラレルクロック信号(PCLK1)と第2パラレルクロック信号(PCLK2)のいずれかを選択パラレルクロック信号(PCLK)としてパラレルシリアル変換部(30)に出力するクロック切替回路(50)と、を備える。
クロック切替回路(50)は、切替器(51)と、PLL回路(54)と、位相比較器(55)と、フェーズシフタ(53)とを有する。切替器(51)は、第1パラレルクロック信号(PCLK1)と第2パラレルクロック信号(PCLK2)を受け取り、選択パラレルクロック信号(PCLK)を切り替える。PLL回路(54)は、切替器(51)から出力される選択パラレルクロック信号(PCLK)をパラレルシリアル変換部(30)に出力する。位相比較器(55)は、第1パラレルクロック信号(PCLK1)と第2パラレルクロック信号(PCLK2)との位相差を検出する。フェーズシフタ(53)は、切替器(51)とPLL回路(54)との間に介在する。
切替器(51)が選択パラレルクロック信号(PCLK)を切り替える際、フェーズシフタ(53)は、位相比較器(55)で検出された位相差の分だけ選択パラレルクロック信号(PCLK)の位相をシフトさせる。これにより、系統切り替え時のジッタを低減することが可能となる。
本発明の第2の観点において、第1クロック信号(PCLK1)と第2クロック信号(PCLK2)のいずれかを選択クロック信号(PCLK)として出力するクロック切替回路(50)が提供される。そのクロック切替回路(50)は、切替器(51)と、PLL回路(54)と、位相比較器(55)と、フェーズシフタ(53)とを備える。切替器(51)は、第1クロック信号(PCLK1)と第2クロック信号(PCLK2)を受け取り、選択クロック信号(PCLK)を切り替える。PLL回路(54)は、切替器(51)から出力される選択クロック信号(PCLK)を出力する。位相比較器(55)は、第1クロック信号(PCLK1)と第2クロック信号(PCLK2)との位相差を検出する。フェーズシフタ(53)は、切替器(51)とPLL回路(54)との間に介在する。切替器(51)が選択クロック信号(PCLK)を切り替える際、フェーズシフタ(53)は、位相比較器(55)で検出された位相差の分だけ選択クロック信号(PCLK)の位相をシフトさせる。
本発明に係るデータ伝送装置によれば、系統切り替え時のジッタを低減することが可能となる。
添付図面を参照して、本発明の実施の形態に係るデータ伝送装置及びクロック切替回路を説明する。
1.データ伝送装置
図2は、本発明の実施の形態に係るデータ伝送装置1の構成を示すブロック図である。このデータ伝送装置1は、複数系統のシリアルデータを無瞬断で切り替えて伝送する機能を有している。具体的には、データ伝送装置1は、第1シリアルパラレル変換部10、第2シリアルパラレル変換部20、パラレルシリアル変換部30、第1映像メモリ41、第2映像メモリ42、第1ライトアドレス発生器43、第2ライトアドレス発生器44、リードアドレス発生器45、映像切替器46、クロック切替回路50、及び切替制御回路60を備えている。クロック切替回路50は、切替器51及びクロックリカバリ回路52を有している。
データ伝送装置1は、複数系統のシリアルデータを受け取る。例えば、第1入力端子IN1には、伝送路から第1系統のシリアルデータDS1(以下、「第1シリアルデータ」と参照される)が入力される。また、第2入力端子IN2には、伝送路から第2系統のシリアルデータDS2(以下、「第2シリアルデータ」と参照される)が入力される。例えば、第1系統はメイン系統であり、第2系統はバックアップ系統である。シリアルデータDS1、DS2は、例えばデジタル映像信号である。シリアルデータDS1、DS2は、それぞれシリアルクロック信号に同期して伝送されてくる。
第1シリアルパラレル変換部10は、第1入力端子IN1を通して第1シリアルデータDS1を受け取る。第1シリアルパラレル変換部10は、シリアルパラレル変換回路やクロックリカバリ回路を含んでおり、受け取った第1シリアルデータDS1に基づいて、パラレルデータ及びそのクロックの再生(リカバリ)を行う。第1シリアルデータDS1から再生されるパラレルデータ及びクロックのそれぞれは、以下、「第1パラレルデータDP1」及び「第1パラレルクロック信号PCLK1」と参照される。第1パラレルデータDP1は、第1映像メモリ41に出力される。第1パラレルクロック信号PCLK1は、第1ライトアドレス発生器43及びクロック切替回路50に出力される。
第2シリアルパラレル変換部20は、第2入力端子IN2を通して第2シリアルデータDS2を受け取る。第2シリアルパラレル変換部20は、シリアルパラレル変換回路やクロックリカバリ回路を含んでおり、受け取った第2シリアルデータDS2に基づいて、パラレルデータ及びそのクロックの再生(リカバリ)を行う。第2シリアルデータDS2から再生されるパラレルデータ及びクロックのそれぞれは、以下、「第2パラレルデータDP2」及び「第2パラレルクロック信号PCLK2」と参照される。第2パラレルデータDP2は、第2映像メモリ42に出力される。第2パラレルクロック信号PCLK2は、第2ライトアドレス発生器44及びクロック切替回路50に出力される。
第1ライトアドレス発生器43は、第1パラレルクロック信号PCLK1に同期して、ライトアドレスを第1映像メモリ41に発行する。第1映像メモリ41は、そのライトアドレスに従い、第1パラレルデータDP1を格納する。同様に、第2ライトアドレス発生器44は、第2パラレルクロック信号PCLK2に同期して、ライトアドレスを第2映像メモリ42に発行する。第2映像メモリ42は、そのライトアドレスに従い、第2パラレルデータDP2を格納する。また、リードアドレス発生器45は、後述される選択パラレルクロック信号PCLKに同期して、リードアドレスを第1映像メモリ41及び第2映像メモリ42に発行する。第1映像メモリ41及び第2映像メモリ42のそれぞれから読みだされる第1パラレルデータDP1及び第2パラレルデータDP2は、映像切替器46に出力される。
映像切替器46は、第1パラレルデータDP1と第2パラレルデータDP2を受け取る。そして、映像切替器46は、第1パラレルデータDP1と第2パラレルデータDP2のいずれか一方を、選択パラレルデータDPとして選択する。この映像切替器46は、後述される切替信号SCに応答して、選択パラレルデータDPを第1パラレルデータDP1あるいは第2パラレルデータDP2に切り替えることができる。映像切替器46は、選択パラレルデータDPをパラレルシリアル変換部30に出力する。
クロック切替回路50は、第1パラレルクロック信号PCLK1と第2パラレルクロック信号PCLK2を受け取る。そして、クロック切替回路50は、第1パラレルクロック信号PCLK1と第2パラレルクロック信号PCLK2のいずれか一方を、選択パラレルクロック信号PCLKとして選択する。選択パラレルクロック信号PCLKは、選択パラレルデータDPに対応している。このクロック切替回路50は、後述される切替信号SCに応答して、選択パラレルクロック信号PCLKを第1パラレルクロック信号PCLK1あるいは第2パラレルクロック信号PCLK2に切り替えることができる。クロック切替回路50は、選択パラレルクロック信号PCLKを、リードアドレス発生器45及びパラレルシリアル変換部30に出力する。
パラレルシリアル変換部30は、選択パラレルデータDPと選択パラレルクロック信号PCLKを受け取る。パラレルシリアル変換部30は、受け取った選択パラレルデータDPとパラレルクロック信号PCLKに基づいて、シリアルデータDSを生成する。パラレルシリアル変換部30は、そのシリアルデータDSを出力端子OUTを通して伝送路に出力する。
使用中の系統でエラーが発生した場合、切替制御回路60は、切替信号SCを映像切替器46及びクロック切替回路50に出力する。映像切替器46は、切替信号SCに応答して、選択パラレルデータDPを切り替える。また、クロック切替回路50は、切替信号SCに応答して、選択パラレルクロック信号PCLKを切り替える。
2.クロック切替回路
図3は、本実施の形態に係るクロック切替回路50の構成を示すブロック図である。クロック切替回路50は、切替器51、フェーズシフタ53、PLL(Phase Locked Loop)回路54、位相比較器55、及び制御回路56を有している。フェーズシフタ53、PLL回路54、位相比較器55、及び制御回路56は、図2中のクロックリカバリ回路52を構成している。
切替器51は、第1パラレルクロック信号PCLK1と第2パラレルクロック信号PCLK2を受け取る。切替器51は、第1パラレルクロック信号PCLK1と第2パラレルクロック信号PCLK2のいずれか一方を、選択パラレルクロック信号PCLKとして出力する。その選択パラレルクロック信号PCLKは、フェーズシフタ53を介してPLL回路54に出力される。切替器51は、上述の切替信号SCに応答して、その選択パラレルクロック信号PCLKを第1パラレルクロック信号PCLK1あるいは第2パラレルクロック信号PCLK2に切り替えることができる。また、選択パラレルクロック信号PCLKではない他方のパラレルクロック信号は、位相比較器55に出力される。
フェーズシフタ53は、切替器51とPLL回路54との間に介在している。つまり、フェーズシフタ53は、切替器51の後段、且つ、PLL回路54の前段に設けられている。フェーズシフタ53は、切替器51から受け取った選択パラレルクロック信号PCLKを、PLL回路54に出力する。
PLL回路54は、切替器51から出力される選択パラレルクロック信号PCLKを、フェーズシフタ53を通して受け取る。そして、PLL回路54は、その選択パラレルクロック信号PCLKを、上述のパラレルシリアル変換部30及び位相比較器55に出力する。
位相比較器55は、第1パラレルクロック信号PCLK1と第2パラレルクロック信号PCLK2との位相差を検出する。具体的には、位相比較器55は、PLL回路54から出力される選択パラレルクロック信号PCLKと、切替器51から出力される他方のパラレルクロック信号を受け取る。そして、位相比較器55は、受け取った2つのパラレルクロック信号PCLK1とPCLK2の位相差を検出する。位相比較器55の出力は、制御回路56に接続されている。
制御回路56は、位相比較器55によって検出された位相差を示す位相差信号SPを生成する。そして、制御回路56は、上述の切替信号SCに応答して、位相差信号SPをフェーズシフタ53に出力する。
系統切り替え時、切替制御回路60からクロック切替回路50に切替信号SCが入力される。その切替信号SCに応答して、切替器51は、選択パラレルクロック信号PCLKを切り替える。また、その切替信号SCに応答して、フェーズシフタ53には位相差信号SPが入力される。フェーズシフタ53は、その位相差信号SPに基づいて、選択パラレルクロック信号PCLKの位相を制御する。具体的には、フェーズシフタ53は、位相差信号SPが示す位相差の分だけ、選択パラレルクロック信号PCLKの位相をシフトさせる。PLL回路54には、位相制御された選択パラレルクロック信号PCLKが入力される。
例えば図3において、切替器51は、第1系統の第1パラレルクロック信号PCLK1を選択パラレルクロック信号PCLKとして選択している。従って、切替器51は、第2パラレルクロック信号PCLK2を位相比較器55に出力する。位相比較器55は、選択パラレルクロック信号PCLKと第2パラレルクロック信号PCLK2との位相差を検出する。第1系統でエラーが発生すると、切替器51は、選択パラレルクロック信号PCLKを第2パラレルクロック信号PCLK2に切り替える。同時に、フェーズシフタ53は、位相差信号SPを受け取り、第2パラレルクロック信号PCLK2の位相を検出されていた位相差分だけシフトさせる。
3.効果
上述のように、位相比較器55は、選択パラレルクロック信号PCLKと他方のパラレルクロック信号との位相差を検出する。系統切り替えと同時に、PLL回路54の前段に設けられたフェーズシフタ53は、系統切り替え直前の位相差を示す位相差信号SPを受け取る。そして、そのフェーズシフタ53は、その位相差の分だけ選択パラレルクロック信号PCLKの位相をシフトさせる。その結果、PLL回路54の入力で位相差が無くなる。つまり、位相差をなくしたクロック切り替え動作が可能となる。従って、系統間の位相差により発生するジッタを大幅に低減することが可能となる。このように、本発明によれば、複数系統のシリアルデータを無瞬断で切り替えて伝送するデータ伝送装置において、系統切り替え時のジッタを低減することが可能になる。
図1は、従来のクロック切替回路の構成を示すブロック図である。 図2は、本発明の実施の形態に係るデータ伝送装置の構成を示すブロック図である。 図3は、本発明の実施の形態に係る無瞬断クロック切替回路の構成を示すブロック図である。
符号の説明
1 データ伝送装置
10 第1シリアルパラレル変換部
20 第2シリアルパラレル変換部
30 パラレルシリアル変換部
41 第1映像メモリ
42 第2映像メモリ
43 第1ライトアドレス発生器
44 第2ライトアドレス発生器
45 リードアドレス発生器
46 映像切替器
50 クロック切替回路
51 切替器
52 クロックリカバリ回路
53 フェーズシフタ
54 PLL回路
55 位相比較器
56 制御回路
60 切替制御回路
DS1 第1シリアルデータ
DS2 第2シリアルデータ
DP パラレルデータ
DS シリアルデータ
PCLK1 第1パラレルクロック信号
PCLK2 第2パラレルクロック信号
PCLK 選択パラレルクロック信号
SC 切替信号
SP 位相差信号

Claims (6)

  1. 第1系統のシリアルデータから第1パラレルクロック信号を再生する第1シリアルパラレル変換部と、
    第2系統のシリアルデータから第2パラレルクロック信号を再生する第2シリアルパラレル変換部と、
    前記第1パラレルクロック信号と前記第2パラレルクロック信号のいずれかを、選択パラレルクロック信号としてパラレルシリアル変換部に出力するクロック切替回路と
    を備え、
    前記クロック切替回路は、
    前記第1パラレルクロック信号と前記第2パラレルクロック信号を受け取り、前記選択パラレルクロック信号を切り替える切替器と、
    前記切替器から出力される前記選択パラレルクロック信号を前記パラレルシリアル変換部に出力するPLL回路と、
    前記第1パラレルクロック信号と前記第2パラレルクロック信号との位相差を検出する位相比較器と、
    前記切替器と前記PLL回路との間に介在するフェーズシフタと
    を有し、
    前記切替器が前記選択パラレルクロック信号を切り替える際、前記フェーズシフタは、前記位相差の分だけ前記選択パラレルクロック信号の位相をシフトさせる
    データ伝送装置。
  2. 請求項1に記載のデータ伝送装置であって、
    前記切替器は、前記第1パラレルクロック信号と前記第2パラレルクロック信号の一方を前記選択パラレルクロック信号として前記フェーズシフタに出力し、他方を前記位相比較器に出力し、
    前記位相比較器は、前記PLL回路から出力される前記選択パラレルクロック信号と、前記切替器から出力される前記他方のパラレルクロック信号との位相差を検出する
    データ伝送装置。
  3. 請求項1又は2に記載のデータ伝送装置であって、
    前記クロック切替回路は、前記位相比較器の出力に接続された制御回路を更に有し、
    前記切替器は、切替信号に応答して、前記選択パラレルクロック信号を切り替え、
    前記制御回路は、前記切替信号に応答して、前記位相比較器によって検出された前記位相差を示す位相差信号を前記フェーズシフタに出力し、
    前記フェーズシフタは、前記位相差信号に基づいて前記選択パラレルクロック信号の位相をシフトさせる
    データ伝送装置。
  4. 第1クロック信号と第2クロック信号のいずれかを選択クロック信号として出力するクロック切替回路であって、
    前記第1クロック信号と前記第2クロック信号を受け取り、前記選択クロック信号を切り替える切替器と、
    前記切替器から出力される前記選択クロック信号を出力するPLL回路と、
    前記第1クロック信号と前記第2クロック信号との位相差を検出する位相比較器と、
    前記切替器と前記PLL回路との間に介在するフェーズシフタと
    を備え、
    前記切替器が前記選択クロック信号を切り替える際、前記フェーズシフタは、前記位相差の分だけ前記選択クロック信号の位相をシフトさせる
    クロック切替回路。
  5. 請求項4に記載のクロック切替回路であって、
    前記切替器は、前記第1クロック信号と前記第2クロック信号の一方を前記選択クロック信号として前記フェーズシフタに出力し、他方を前記位相比較器に出力し、
    前記位相比較器は、前記PLL回路から出力される前記選択クロック信号と、前記切替器から出力される前記他方のクロック信号との位相差を検出する
    クロック切替回路。
  6. 請求項4又は5に記載のクロック切替回路であって、
    更に、前記位相比較器の出力に接続された制御回路を備え、
    前記切替器は、切替信号に応答して、前記選択クロック信号を切り替え、
    前記制御回路は、前記切替信号に応答して、前記位相比較器によって検出された前記位相差を示す位相差信号を前記フェーズシフタに出力し、
    前記フェーズシフタは、前記位相差信号に基づいて前記選択クロック信号の位相をシフトさせる
    クロック切替回路。
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