JP4438857B2 - 通信システム、受信装置、および受信方法 - Google Patents
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Description
そして、HDMIの規格上では、トランスミッタ(Transmitter)機器をソース(Source)機器、レシーバ(Receiver)機器をシンク(Sink)機器と表記する。
3対のシリアルデータ信号は、送信機において共通のPLL(Phase Locked Loop)が生成したVCO(Voltage Controlled Oscillator)クロックによって同期がとられた信号である。したがって、3対のシリアルデータは、伝送路の遅延時間差による位相差をもっているものの相互の位相関係はほぼ固定されており基本周波数もジッタの成分もよく一致している。
したがって、ピクセルクロックはシリアルデータとは異なるジッタ成分をもち、クロックとデータの位相は常に動的にゆらいでいる。
このVCOクロックVCKは単相のことも、特定の位相差を保った多相クロックの組のこともある。
VCOクロックVCKは、シリアルデータ信号のビットレートに等しい周波数をもつが、入力ピクセルクロック信号IPCKの持っていたジッタ成分とPLL2のジッタ特性で決まるジッタをもち、シリアルデータ信号が持っているジッタとは異なる。
したがって、VCOクロックVCKとシリアルデータ信号の位相差は常に揺らいでいることになり、VCOクロックVCKをそのままサンプラー4−0〜4−2に与えたのではサンプラーは正しいデータを安定に取り込むことができない。
そこで、VCO23とサンプラー4−0〜4−2の間にクロック移相器3−0〜3−2を設けてサンプラー4−0〜4−2が安定にシリアルデータを受信することのできる移相クックSCK0,SCK1,SCK2を発生する。
移相クロックとシリアルデータの位相関係の情報を取得する仕組みとしては、特許文献1等に開示されている。
FUJITSU.53.1、p47−53(01,2002)[http://img.jp.fujitsu.com/downloads/jp/jmag/vol53-1/paper10.pdf]
たとえば、4MHzの正弦波状に位相が0.3[UIp-p]変化するような相対ジッタがあるとすると、最も急峻に位相が変化している時間帯では80[ns]ほどの間に1/4[UI]の移相変化が生じる。
上述した特許文献1の回路では移相量を増すべきか減ずるべきかの判定はできるが、分解能の何倍で変化させるかは判定できない。
位相量を分解能の何単位にすべきか判別するためのサンプラーはきわめて複雑で、その出力を処理して移相器に移相量をフィードバックするフィルタも複雑化する。
受信装置においては、位相同期回路で受信したクロック信号で周波数を粗調整した後、複数のシリアルデータ信号のうちの一のシリアルデータ信号に位相同期した再生クロックが生成される。また、移相器においては、再生クロックから位相が移相されて他のシリアルデータ信号に位相ロックされる。
また、通信システム100は、1本の通信ケーブルで映像と音声のデータ伝送と接続機器情報の交換および認証、機器制御データの通信、並びにLAN通信を行うシステムとして構成可能である。
送信装置200は、複数の位相同期したシリアルデータ信号SDT0〜STD2と、シリアルデータ信号SDT0〜SDT2に周波数同期したクロック信号であるピクセルクロック信号PCKを受信装置300に送信する。
受信装置300は、受信し入力したピクセルクロック信号PCKで周波数を粗調整した後、複数のシリアルデータ信号SDT0〜SDT2のうちの一のシリアルデータ信号、たとえばシリアルデータ信号SDT0に位相同期した再生クロックを生成する位相同期回路(PLL)と、再生クロックから位相を移相して他のシリアルデータ信号に位相ロックする移相器と、を含んで構成されている。
この構成では、サンプラー331,332が第2の再生回路に相当する。
選択回路316は、リセット信号RSTを受けたとき、あるいは電源投入時等においても、PFD311の出力を選択してLPF312に入力させるように切替信号S316を切替回路317に出力する。
一方、選択回路316は、アラーム信号ALRM、またはリセット信号RSTが入力されず、あるいは電源投入時でない場合には、サンプラー330の出力を選択してLPF312に入力させるように切替信号S316を切替回路317に出力する。
クロック移相器321は、デジタルフィルタ341による信号に応じて最適な移相クロックSCK1を生成する。
クロック移相器322は、デジタルフィルタ342による信号に応じて最適な移相クロックSCK2を生成する。
すなわち,通常状態では入力ピクセルクロック信号IPCKはPLL310の動作に関与しないのでピクセルクロック信号PCKがシリアルデータに対してどのような相対ジッタを持っていようともPLL310の動作に関与しない。
これは実はシリアルデータ信号が「0011」の繰り返しであるのにそれを「000111」の繰り返しであるかのように解釈する1.5倍の周波数にVCOクロックVCKがロックしてしまう現象である。
この状態から受信装置が自立的に正常な状態に復帰するために、本実施形態ではVCOクロックVCKの分周と入力ピクセルクロック信号IPCKの周波数の差が閾値VTHを超えた場合にアラーム信号ALRMを立てる(出力する)周波数比較器315を用いている。
アラーム信号ALRMが立つと選択回路316はVCO313が略正しい周波数に引き込まれるまで一時的にPFD311からのフィードバックを選択した後、サンプラー330からのフィードバックに切り替える。
このVCO313の粗調整は受信装置の立ち上がりやリセット解除後にも実施する。この様なVCOの粗調整がハーモニックロック防止に有効な手段であることは特許文献2(特許第3661890号公報)に開示されている。
次に、サンプラー330の出力をループに含むサンプラーフィードバックによるVCO313の発振周波数のロックへ移行する(ST2)。
そして、クロック移相器321,322、サンプラー331,332、デジタルフィルタ341,342による移相フィードバックによる移相量調整を行う(ST3)。
そして、移相量を固定する(ST4)。
この状態で周波数比較器315からのアラーム信号ALRMの有無を判断する(ST5)。
ステップST5において、アラーム信号ALRMがある(出力された)と判断した場合には、PLL310はハーモニックロックと言う不正な状態に落ち込むものと判断し、ステップST1の処理に移行する。
図6は、図5の比較として示す図であって、既存の受信装置を備えた通信システムにおけるジッタについて説明するための図である。
既存のCDRでは、受信装置側のPLL(図ではPLL2)の帯域が送信装置側のPLL(図ではPLL1)より大きくても小さくても、その差の周波数帯に相対ジッタが大きな成分を持つ可能性があり、移相器はこれを吸収する必要がある。
別個に製造される送信装置と受信装置でPLLの帯域を完全に一致させることは困難である。
再生クロック(VCOクロック)とシリアルデータの相対ジッタ成分は、図6(E)に示しように、ピクセルクロックジッタと送信装置側PLLの発生ジッタ、並びに、送信装置側PLLの発生ジッタと受信装置側PLLの発生ジッタとなる。
本発明の実施形態に係るCDRでは、受信装置側PLL(図ではPLL2)の帯域が送信装置側PLL(図ではPLL1)の帯域より大きければ、相対ジッタはPLLが発する小さなジッタだけとなり、移相器はシリアルデータ同士の伝播遅延差を吸収するだけでよい。
送信装置より受信装置のPLL帯域を広くとることは製造上容易である。
再生クロック(VCOクロック)とシリアルデータの相対ジッタ成分は、図5(E)に示しように、送信装置側PLLの発生ジッタと受信装置側PLLの発生ジッタだけとなる。
したがって、シリアルデータ信号SDT0にロックしたVCOクロックVCKを移相することでシリアルデータ信号SDT1とシリアルデータ信号SDT2の受信に最適な移相クロックを作るに当たってその移相器の追従性能は低くてもかまわない。
移相フィードバックに必要なデジタルフィルタを停止することは省電力化に寄与する。
こうすることで、PLL310Bはデータ遷移の機会、すなわち位相の検出の機会を統計的に増やすことができ、シリアルデータ自体が高速のジッタ成分をもっている場合でも正しく位相ロックできるようにPLL310Bを広帯域化することができる。
したがって、第1の実施形態のシリアルデータ信号SDT1およびシリアルデータ信号SDT2と同様のクロック移相器320をシリアルデータ信号SDT0にも設ければよい。
そして、図7の受信装置300Bにおいては、クロック移相器320の移相フィードバックに必要なデジタルフィルタ340が設けられている。
後段の受信回路300−2には、前段の受信回路300−1で生成された分周された再生クロック(VCOクロック)RVCK、再生シリアルデータ信号RSDT0,RSDT1,RSDT2が供給される。
後段の受信回路300−2に入力される再生シリアルデータ信号RSDT0,RSDT1,RSDT2とピクセルクロック信号PCKは位相同期しているので,後段のクロックデータ再生に用いるクロック移相器320−2,321−2,322−2には高速な位相変動に対する追従性が要求されない。
この結果、後段のCDR対応の受信回路300−2は簡易化できる。
したがって、前段の受信回路300−1Dは、クロック移相器321−1,322−1、サンプラー331−1,332−1、デジタルフィルタ341−1,341−2が設けられていない。
したがって、受信前段のPLL310−1の帯域が送信装置のPLLよりも大きければその出力である後段入力ピクセルクロック信号PCKのジッタは前段の受信回路300−1Dが後段の受信回路300−2へスルーしているシリアルデータ信号SDT0,SDT1,SDT2のジッタ成分にほぼ等しいので第3の実施形態と同様の後段CDRの簡易化が期待できる。
ケーブルイコライザは、PLLでは絶対に除去できない高速のジッタであるISIジッタを除去することができるので、前段から後段に渡されるシリアルデータとピクセルクロックの相対ジッタはさらに減少して後段のPLLの余裕が増す。
なお、ケーブルイコライザ370〜373用の自動ゲインコントロール(AGC)回路380を設けることも可能である。
シリアルデータ信号SDT0のISIジッタは受信装置側PLL(図中、PLL2)の帯域外のため再生クロック(VCOクロック)には反映しないが、シリアルデータ信号SDT1のISIはそのまま相対ジッタを抑制できる。
シリアルデータ信号SDT0のイコライザ371は、ISIジッタが大きすぎて受信装置側PLLが誤動作することを防ぐ効果を持つ。
また、CDRを2段構成として本発明を前段に適用すれば後段のPLLを簡素化し動作に余裕を持たせることができる。
また、本発明にケーブルイコライザを適用することにより、HDMIのTMDSに生じるすべてのジッタを効果的に抑圧し安定な受信機を構成することができる。
Claims (15)
- 複数の位相同期したシリアルデータ信号と、当該シリアルデータ信号に周波数同期したクロック信号を送信する送信装置と、
上記送信装置から送信された複数のシリアルデータ信号と、上記クロック信号を受信すする受信装置と、を有し、
上記受信装置は、
受信したクロック信号で周波数を粗調整した後、上記複数のシリアルデータ信号のうちの一のシリアルデータ信号に位相同期した再生クロックを生成する位相同期回路と、
上記再生クロックから位相を移相して他のシリアルデータ信号に位相ロックする移相器と、を含む
通信システム。 - 複数の位相同期したシリアルデータ信号と、当該シリアルデータ信号に周波数同期したクロック信号を受信する受信装置であって、
受信したクロック信号で周波数を粗調整した後、上記複数のシリアルデータ信号のうちの一のシリアルデータ信号に位相同期した再生クロックを生成する位相同期回路と、
上記再生クロックから位相を移相して他のシリアルデータ信号に位相ロックする移相器と
を有する受信装置。 - 上記再生クロックに同期して上記一のシリアルデータ信号を再生する再生回路を有し、
上記位相同期回路は、
上記再生クロックを生成する電圧制御発振器と、
上記再生クロックの周波数を分周する分周器と、
上記分周器による上記再生クロックと受信した上記クロック信号との位相を比較する位相比較器と、
上記分周器による上記再生クロックと受信した上記クロック信号との周波数を比較し、その周波数差があらかじめ設定した閾値より大きいときアラーム信号を出力する周波数比較器と、
少なくとも上記アラーム信号を受けると、上記位相比較器、上記電圧制御発振器、および上記分周器により形成される位相同期ループに上記位相比較器の出力信号をフィードバックし、上記アラーム信号がないときは、上記再生回路によるシリアルデータ信号をフィードバックする選択回路と、を含む
請求項2記載の受信装置。 - 上記選択回路は、
電源投入時またはリセット時には、上記アラーム信号の有無にかかわらず位相同期ループに上記位相比較器の出力信号をフィードバックする
請求項3記載の受信装置。 - 受信した他のシリアルデータ信号を、上記移相器による移相クロックに同期してシリアルデータ信号を再生する第2の再生回路をさらに有する
請求項3記載の受信装置。 - 上記第2の再生回路の出力信号を対応する上記移相器に移相フィードバックさせるデジタルフィルタを有する
請求項5記載の受信装置。 - 上記再生クロックに受けて、上記一のシリアルデータ信号を再生する再生回路に位相クロックを供給する移相器を含み、
上記選択回路は、
上記アラーム信号がないときは、上記位相同期ループに複数の上記再生回路によるシリアルデータ信号の位相情報の和をフィードバックする
請求項5記載の受信装置。 - 複数の上記再生回路の出力信号を対応する上記移相器に移相フィードバックさせるデジタルフィルタを有する
請求項7記載の受信装置。 - 上記分周器による再生クロック、および上記各再生回路の再生シリアルデータ信号を入力する後段受信回路を有し、
上記後段受信回路は、
受信したクロック信号で位相同期した再生クロックを生成する位相同期回路と、
上記再生クロックから位相を移相して入力したシリアルデータ信号に位相ロックする複数の移相器と、
上記複数の移相器による位相クロックに同期して入力したシリアルデータ信号をさらに再生処理する再生回路と、を含む
請求項5記載の受信装置。 - 上記分周器による再生クロック、および上記各再生回路の再生シリアルデータ信号を入力する後段受信回路を有し、
上記後段受信回路は、
受信したクロック信号で位相同期した再生クロックを生成する位相同期回路と、
上記再生クロックから位相を移相して入力したシリアルデータ信号に位相ロックする複数の移相器と、
上記複数の移相器による位相クロックに同期して入力したシリアルデータ信号をさらに再生処理する再生回路と、
複数の上記再生回路の出力信号を対応する上記移相器に移相フィードバックさせる複数のデジタルフィルタと、を含む
請求項6記載の受信装置。 - 上記分周器による再生クロック、および受信した複数の再生シリアルデータ信号をそのまま入力する後段受信回路を有し、
上記後段受信回路は、
受信したクロック信号で位相同期した再生クロックを生成する位相同期回路と、
上記再生クロックから位相を移相して入力したシリアルデータ信号に位相ロックする複数の移相器と、
上記複数の移相器による位相クロックに同期して入力したシリアルデータ信号をさらに再生処理する再生回路と、を含む
請求項3記載の受信装置。 - 上記分周器による再生クロック、および受信した複数の再生シリアルデータ信号をそのまま入力する後段受信回路を有し、
上記後段受信回路は、
受信したクロック信号で位相同期した再生クロックを生成する位相同期回路と、
上記再生クロックから位相を移相して入力したシリアルデータ信号に位相ロックする複数の移相器と、
上記複数の移相器による位相クロックに同期して入力したシリアルデータ信号をさらに再生処理する再生回路と、
複数の上記再生回路の出力信号を対応する上記移相器に移相フィードバックさせる複数のデジタルフィルタと、を含む
請求項3記載の受信装置。 - 受信した上記クロック信号、および上記複数のシリアルデータ信号の入力段の少なくともいずれかにケーブルイコライザが配置されている
請求項11記載の受信装置。 - 受信した上記クロック信号、および上記複数のシリアルデータ信号の入力段の少なくともいずれかにケーブルイコライザが配置されている
請求項12記載の受信装置。 - 複数の位相同期したシリアルデータ信号と、当該シリアルデータ信号に周波数同期したクロック信号を受信する受信方法であって、
受信したクロック信号で周波数を粗調整した後、上記複数のシリアルデータ信号のうちの一のシリアルデータ信号に位相同期した再生クロックを生成し、
上記再生クロックから位相を移相して他のシリアルデータ信号に位相ロックする
受信方法。
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