JP4650956B2 - 非同期信号をルーティングするためのシステムおよび方法 - Google Patents

Description

（関連出願とのクロスリファレンス）
本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）項の下で２００４年６月１６日付で出願された米国仮特許出願第６０／５８０,１８８号、２００４年６月１６日付で出願された米国仮特許出願第６０／５８０，１８９号の優先権を主張するものであり、これらの開示内容を本明細書中に盛り込むものとする。

本発明は、ルータ（ｒｏｕｔｅｒ）に関し、より具体的には、非同期信号をルーティングするブロードキャスト・ルータに関する。

ルータは、ルータ入力に現れる１つ以上の信号を１つ以上の出力にルーティング（ｒｏｕｔｉｎｇ：経路指定）するデバイスからなる。放送業界において使用されるルータは、通常、少なくとも１つの拡張モジュールに結合された複数のルータ・モジュール（マトリックス・カードとも呼ばれる）を有する第１のルータ部分を少なくとも採用している。拡張モジュールは、第１のルータ・ケースを１つ以上の第２のルータ部分に結合させ、更なる信号のルーティングを可能にする。多くのブロードキャスト・ルータ、特に、リニアに拡張可能なものは、非同期信号をルーティングする。このようなリニアに拡張可能なルータによる非同期信号のルーティングでは、ルーティングされるデータの完全性（ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ）が確保されるように、ルート全体に渡ってクロック信号が正確であることが必要である。非同期信号では、あるロケーションと別のロケーションとでクロック周波数の差が存在すると、信号に誤りが生じたり、この信号によって表されるデータの損失が生じたりする場合がある。クロック周波数に１００万分の１（ＰＰＭ：Ｐａｒｔ Ｐｅｒ Ｍｉｌｌｉｏｎ）のような小さな差が存在するだけでも、データに対して所望しない影響が及ぼされることがある。信号サンプルの繰り返しや欠落が通常のデータ破損の例として挙げられる。

リニアに拡張可能なルータは、より複雑なものとなっているため、様々な要素に対して正確で同期したクロック信号を供給する際の問題は、より困難なものとなっている。説明のため、クロック信号は、ハイ（高）の状態とロー（低）の状態との間を所定の間隔で振動（行き来する）ものとする。通常のクロック信号は５０％のデューティ・サイクルで振動するが、他のデューティ・サイクルを有するクロックも一般に採用される。同期のためにクロック信号を使用する回路は、クロック信号の立ち上がり、立ち下がりの一方でアクティブになる。

いわゆる「クロック・マルチプレクサ（ｃｌｏｃｋ ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｅｒ）」は、複数の利用可能なクロック信号から少なくとも１つのクロック信号を選択するための、リニアに拡張可能なルータの内部に通常存在する回路を意味する。選択されたクロック信号は、他の各要素をトリガーする機能を有する。利用可能なクロック信号の中から選択を行う場合、クロック・マルチプレクサによって選択される出力信号に未定義のパルスが含まれるべきではない。例えば、選択されたクロック信号に中断（ｄｉｓｒｕｐｔｉｏｎ）が生じている場合に未定義のパルスが発生する。このような中断は、クロック信号の欠落や、予期された状態に切り替わらないクロック信号を含んでいる。入力信号が一方、または他方のロジック状態で永遠に「スタック（ｓｔｕｃｋ）」する（留まる）場合がある。このような中断は、ラント・パルス（ｒｕｎｔ ｐｕｌｓｅｓ）、ショート・パルス、未定義の期間のパルス、グリッチ、スパイクなどを含む未定義のパルスを頻繁に発生させる。

従来技術において、クロック・マルチプレクサの出力で未定義のパルスを回避しようとする試みには、いわゆる、「セーフ（ｓａｆｅ：安全な）」クロック・マルチプレクサが含まれる。通常のセーフ・クロック・マルチプレクサは、現在選択されている入力から次に選択された入力に規則正しく切り替える。従って、セーフ・マルチプレクサは、選択された入力クロック信号が既知の状態に移行し、その後に選択されたクロック信号が前に選択されたクロック信号と同じ状態に移行するまで切り替わらない。

しかしながら、従来技術に係わるクロック・マルチプレクサには欠点がある。例えば、現在選択されているクロック信号が既知の状態に移行しない場合、セーフ・クロック・マルチプレクサは、別のクロック信号に切り替えることができないことが多い。従来技術に係るセーフ・クロック・マルチプレクサは、これらの、他のタイプのクロックの中断を許容することができなかった。

従って、上述した欠点を解決するような、リニアに拡張可能なルータの内部などで、１セットのクロック信号から選択されたものを提供するための技術に対する需要が存在する。

（発明の概要）
簡潔に言えば、本発明の原理の好ましい実施の形態に従って、第１および第２のクロック信号の中からクロック信号を選択する方法が提供される。この方法は、第１のクロック信号の状態変更の失敗を検出し、第２のクロック信号の状態変更の失敗を検出することによって開始される。部分的には、第１および第２のクロック信号の少なくとも一方が切り替わったかどうか、に基づいて、第１および第２のクロック信号、および発振器信号の中から選択する。

図１は、本発明の原理の好ましい実施の形態に従ったブロードキャスト・ルータ１００を概略的に示すブロック図である。好ましい実施の形態においては、ルータ１００は、少なくとも１つ、好ましくは、複数の入力モジュール４０２_１、４０２_２、・・・４０２_ｘ（ｘは、零よりも大きい整数）と、少なくとも１つ、好ましくは、複数の出力モジュール４０４_１、・・・４０４_ｙ（ｙは整数）とを含んでいる。入力モジュール４０２_１などの各入力モジュールは、少なくとも１つ、好ましくは、複数の入力カード４０６_１、４０６_２、・・・４０６_ｚ（ｚは零よりも大きい整数）を含んでいる。各入力カードは、少なくとも１つ、好ましくは、複数の、各信号を受信して１つの出力信号に多重化する入力を有する。通常、異なる入力カードは、異なる信号を受信する能力を有し、様々なソースからの信号を受信することができるようにする。モジュール４０２_１など、各入力モジュール内の拡張カード４０８は、入力カード４０６_１〜４０６_ｚからの出力信号を１つの出力信号に多重化する。

第２のモジュール４０４_１などの各第２モジュールは、マトリックス・カード４１０を有する。マトリックス・カード４１０は、１つ以上の入力モジュールからの入力信号を逆多重化し、少なくとも１つ、好ましくは複数の出力カード４１２_１、４１２_２、・・・４１２_ｐ（ｐは、零よりも大きい整数）に送信する。各出力カードは、１つ以上の出力信号を１つ以上の外部デバイス（図示せず）に送信する。コントロール・カード４１４は、外部制御信号Ｃに応答してマトリックス・カード４１０を制御し、マトリックス・カード４１０が様々な出力カード４１２_１〜４１２_ｐの中からの出力信号をルーティングできるようにする。このように、マトリックス・カードは、外部制御信号Ｃに基づいてルーティングを実行することができる。

図１のルータ１００では、入力モジュール４０２_１、４０２_２、・・・４０２_ｘの各々は、出力モジュール４０４_１、４０４_２、４０４_ｙの各々に結合している。他の構成も可能である。図２は、図１のルータ１００のための入出力カードの第１の代替的な構成を示している。入出力モジュールは、同一の数の入出力を提供するように構成される。図３は、図１のルータ１００のための、出力よりも入力の数が多い入出力モジュールの第２の代替的な構成を示している。図４は、図１のルータ１００のための、入力よりも出力の数が多い入出力モジュールの第２の代替的な構成を示している。

図１の入力モジュール４０２_１〜４０２_ｘおよび出力モジュール４０４_１〜４０４_ｙは、通常、それぞれクロック・モジュール５００_１〜５００_ｎ（ｎ≧ｘ＋ｙ）のうちの少なくとも１つを有し、各クロック・モジュールは、図５を参照してより詳細に説明される構造を有する。実際には、図１の各入出力モジュールの内部で、１つ以上の要素の中に複数の別個のクロック・モジュールを存在させることができる。更に、１つ以上のクロック・モジュール５００_１〜５００_ｎを、入力モジュール、出力モジュールのうちの１つのように、ルータ１００内の別個のモジュラー要素として存在させることができる。

図５を参照すると、クロック・モジュール５００_１〜５００_ｎは、デイジー・チェーン方式で相互接続可能であり、クロック・モジュールのネットワーク６００を構成する。図５の実施の形態では、クロック・モジュール５００_１は、クロック信号をクロック・モジュール５００_２、およびクロック・モジュール５００_３、５００_ｉ＋ｌ、および５００_ｉ＋３（ｉ≦ｎ）の各々に供給する。クロック・モジュール５００_２は、モジュール５００_ｉ、５００_ｉ＋２、および５００_ｉ＋４の各々にクロック信号を供給する。更に、クロック・モジュール５００_１、５００_２、・・・５００_ｎは、先行するクロック・モジュール５００_２、・・・、５００_ｉ、・・・５００_ｎ−１からそれぞれクロック信号を受信する。

図６は、クロック・モジュールの代替的な構成を示している。各モジュールは、第１および第２のネットワーク６００_１および６００_２に配列されている。各ネットワーク６００_１、６００_２は、図２のクロック・モジュール・ネットワーク６００と同様に構成されている。図６に示すように、ネットワーク６００_１の個々のクロック・モジュール５００_１〜５００_ｎの１つ以上は、ネットワーク６００_２のクロック・モジュール５００_１〜５００_ｎの１つ以上にクロック信号を提供する。

図７は、例示的なクロック・モジュール５００_ｉを概略的に示すブロック図である。図４のクロック・モジュール５００_ｉは、第１および第２のクロック信号Ｃｌｏｃｋ＿１およびＣｌｏｃｋ＿２をそれぞれ受信する第１および第２のクロック入力を含んでいる。外部クロック信号Ｃｌｏｃｋ＿１およびＣｌｏｃｋ＿２は、図２のネットワークにおける別個の上流側のクロック・セレクタ回路からのクロック信号であるか、発振器５０８によって形成される基準クロック回路からのクロック信号である。

クロック・セレクタ回路５００_ｉは、Ｃｌｏｃｋ＿１およびＣｌｏｃｋ＿２の信号のうちの別個の１つをそれぞれ受信する一対の切り替え検出器５０２および５０４を含んでいる。各切り替え検出器は、それぞれの入力クロック信号が切り替わったか、即ち、一方の状態から他方の状態に切り替わったかどうかを示す出力信号を提供する。ロジック・ブロック５０６は、切り替え検出器５０２、５０４の出力信号を発振器回路５０８の出力と共に受信する。発振器回路５０８は、様々な回路要素の時間的な要求を満たすために有用なクロック信号を発生させる。ロジック・ブロック５０６は、更に、２つの外部状態信号（１）Ａ＿ｎｏｔ Ｂ（ＢでなくＡ）および（２）Ｍａｓｔｅｒ＿ｎｏｔ Ｓｌａｖｅ（スレーブでなくマスター）を受信する。状態信号Ａ＿ｎｏｔ Ｂの状態は、クロック回路５００_ｉがプライマリ・クロック信号を提供するかどうかを示す。Ｍａｓｔｅｒ＿ｎｏｔ Ｓｌａｖｅの状態は、クロック回路５００_１が自己をマスタとして動作するか、または、別のクロック信号のスレーブとして動作するかを決定する。

ロジック・ブロック５０６は、セーフ・クロック・マルチプレクサ・システム５１０を制御するための出力制御を発生してクロック信号Ｃｌｏｃｋ＿１、Ｃｌｏｃｋ＿２、および、発振器５０８の出力信号の中からの選択を行い、下流側の各要素（図示せず）に単一のクロック信号を提供する。ロジック・ブロック５０６からの出力制御信号は、表１内に示すロジック回路の入力信号に対して所定の関係を有する。表１において、「ｘ」の各エントリーは、「関係無し」の値である（換言すれば、特定の入力信号の値はロジック・ブロック５０６の出力に影響を及ぼさない）。

表１から分かるように、Ｍａｓｔｅｒ＿ｎｏｔ Ｓｌａｖｅ信号がロジック「１」レベルのままである限り、クロック回路５００_ｉは、Ｃｌｏｃｋ＿２および発振器５０８の中からの選択のみを行う。このような条件では、Ｃｌｏｃｋ＿１の切り替え、即ち、切り替え検出器５０４の出力による影響はない。逆に、クロック回路５００_ｉがスレーブとして機能する場合（即ち、Ｍａｓｔｅｒ＿ｎｏｔ Ｓｌａｖｅ信号がロジック「０」レベルのままである場合）には、切り替え検出器５０４の出力状態、更に、切り替え検出器５２０の出力状態は、Ｃｌｏｃｋ＿１、Ｃｌｏｃｋ＿２、および、発振器５０８の信号のうちの何れがセーフ・クロック・マルチプレクサ・システム５１０の出力に現れるかを決定する。セーフ・クロック・マルチプレクサ・システム５１０によって選択されるクロック信号は、ローカルの使用、更に、図１のルータ１００内部の各要素に入力されるタイミング信号を提供する。

好ましい実施の形態においては、セーフ・クロック・マルチプレクサ・システム５１０は、図８に示す構造を有し、スタックした入力クロック・パルスを図６Ａ及び図６Ｂのクロック・モジュール５００_ｉが許容できるようにする。図８のセーフ・クロック・マルチプレクサ・システム５１０の内部において、第１および第２の切り替え検出器７０１_１および７０１_２は、一対のマルチプレクサ７０１_１および７０２_１と同様に、それぞれＣｌｏｃｋ＿１およびＣｌｏｃｋ＿２を受信する。マルチプレクサ７０２_１および７０２_２の各々は、第２の入力において信号、ロジック「０」レベルを受信する。

切り替え検出器７０１_１および７０１_２は、発振器５０８の出力信号に対して測定されたＣｌｏｃｋ＿１およびＣｌｏｃｋ＿２の信号の状態に従ってマルチプレクサ７０２_１および７０２_２をそれぞれ制御する。換言すれば、切り替え検出器７０１_１および７０１_２の各々は、発振器５０８の出力信号に対して、Ｃｌｏｃｋ＿１およびＣｌｏｃｋ＿２の信号の各々の一方の状態が変化した（即ち、切り替わった）かどうかを判定する。切り替え検出器７０１_１および７０１_２の各々の一方が、発振器５０８の出力信号に対してＣｌｏｃｋ＿１およびＣｌｏｃｋ＿２の信号のうちの対応するものが切り替わったことを検出すると、切り替え検出器は、マルチプレクサ７０２_１および７０２_２のうちの対応するものに対してゲート制御を行う。ゲート制御が行われると、各マルチプレクサ７０２_１および７０２_２は、Ｃｌｏｃｋ＿１およびＣｌｏｃｋ＿２の信号のうちの対応するものを通過させる。発振器５０８に対してクロック信号Ｃｌｏｃｋ＿１およびＣｌｏｃｋ＿２の各々の一方が切り替わらない場合には、マルチプレクサ７０２_１および７０２_２のうちの対応するものは、ロジック零レベルの信号を出力する。

マルチプレクサ７０４は、第１および第２の入力において、マルチプレクサ７０２_１および７０２_２の出力信号をそれぞれ受信する。図７のロジック・ブロック５０６からの信号に従って、マルチプレクサは、マルチプレクサ７０２_１および７０２_２の一方の出力信号をマルチプレクサ７０６_１の第１の入力、および切り替え検出器７０８_１の入力に渡す。マルチプレクサ７０６_１の第２の入力には、ロジック零レベルの信号が供給される。

切り替え検出器７０８_１は、マルチプレクサ７０４の出力信号と発振器５０８の出力信号との間の関係に従って、マルチプレクサ７０６_１を制御する。換言すれば、切り替え検出器７０８_１は、発振器５０８の出力信号に対してマルチプレクサ７０４の出力信号の状態が変化したかどうかを判定する。マルチプレクサ７０４の出力信号が発振器５０８の出力信号に対して切り替わると、切り替え検出器７０８_１は、マルチプレクサ７０６_１がマルチプレクサ７０４の出力信号を通過させるようにする。そうでない場合には、マルチプレクサ７０４の出力信号が発振器５０８の出力信号に対して切り替わらない場合には、マルチプレクサ７０６_１は、ロジック零レベルの信号を出力する。

マルチプレクサ７０６_２は、第１および第２の入力において、発振器５０８の出力信号およびロジック零レベルの信号をそれぞれ受信する。切り替え検出器７０８_２は、発振器５０８の出力信号に従ってマルチプレクサ７０６_２を制御する。換言すれば、切り替え検出器７０８_２は、発振器５０８の出力信号の状態が周期的に変化するかどうかを判定する。発振器５０８の出力信号が切り替わる場合には、切り替え検出器７０８_２は、マルチプレクサ７０６_２のゲート制御行い、発振器５０８の出力信号を通過させる。そうでない場合、発振器５０８の出力信号が切り替わらない場合には、マルチプレクサ７０６_２は、ロジック零レベルの信号を出力する。

マルチプレクサ７１０は、第１および第２の入力において、マルチプレクサ７０６_１および７０６_２の出力信号をそれぞれ受信する。マルチプレクサ７０４と同様に、マルチプレクサ７１０は、図７のロジック・ブロック５０６の制御の下に動作する。従って、ロジック・ブロック５０６の出力信号に応答して、マルチプレクサ７１０は、Ｃｌｏｃｋ＿１およびＣｌｏｃｋ＿２の信号のうちの選択されたもの（少なくとも一方が発振器５０８の出力信号に対して切り替わったと仮定した場合）、または、発振器５０８の出力信号（切り替わったと仮定した場合）を出力する。

マルチプレクサ７０２_１および７０２_２、マルチプレクサ７０４および７１０との間には重要な差異が存在する。上述したようにマルチプレクサ７０４および７１０は、クロック・マルチプレクサとして機能する。上述した図８のセーフ・クロック・マルチプレクサ・システム５１０は、クロック・パルスの欠落の可能性を排除する。発振器５０８の出力信号に対してＣｌｏｃｋ＿１およびＣｌｏｃｋ＿２の信号の通過を制御することにより、更に、発振器５０８の出力が切り替わった際にのみこの出力の通過を制御することにより、セーフ・クロック・マルチプレクサ・システム５１０は、クロックの無い状態で、あらゆる全てのクロックがスタックするような状況を回避する。

以上、クロック同期を確保すると共に、リダンダンシーを提供するために複数のクロック・パルスを配信する、セーフ・マルチプレクサ・システム５１０を備えるクロック・セレクタ回路５００_ｉについて説明した。

図１は、本発明の原理に従った例示的な実施の形態に係るルータを概略的に示すブロック図である。 図２は、図１のルータのための入出力モジュールの第１の代替的な構成を示す図である。 図３は、図１のルータのための入出力モジュールの第２の代替的な構成を示す図である。 図４は、図１のルータのための入出力モジュールの第３の代替的な構成を示す図である。 図５は、図１のルータに使用されるクロック・セレクタ回路の第１のネットワークを示す図である。 図６Ａは、図１のルータに使用されるクロック・セレクタ回路の第２のネットワークを示す図である。 図６Ｂは、図１のルータに使用されるクロック・セレクタ回路の第２のネットワークを示す図である。 図７は、図５および図６のネットワーク内のクロック・セレクタ回路の例示的な実施の形態を概略的に示すブロック図である。 図８は、図４のセレクタ回路において使用されるセーフ・クロック・マルチプレクサ・システムを示す図である。

Claims (10)

1. ルータであって、
   非同期信号をルーティングする少なくとも第１のルータ部分と、
   前記少なくとも１つの第１のルータ部分内のクロック・セレクタ回路と、
   セーフ・クロック・マルチプレクサ回路と、
   を備え、
   前記第１のルータ部分は、各々がクロック・レートで切り替わる第１および第２の信号をそれぞれ受信するための第１および第２のクロック信号入力を有し、
   前記クロック・セレクタ回路は、部分的には、前記第１および第２のクロック信号の少なくとも一方が切り替わったかどうか、に基づいて、前記第１および第２のクロック信号、および発振器の信号の中から、前記少なくとも第１のルータ部分のための共通の出力クロック信号として選択し、
   前記セーフ・クロック・マルチプレクサ回路は、前記発振器に対して前記クロック信号の各々が切り替わったかどうかを検出し、切り替わっていない場合には、前記各信号を固定されたロジック状態の信号に置換する、前記ルータ。
2. 前記セーフ・クロック・マルチプレクサ回路が一対の切り替え検出器を備え、各切り替え検出器は、前記発振器信号に対して第１および第２の外部クロック信号のうちの別個の一方が切り替わったかどうかを判定する、請求項１に記載のルータ。
3. 前記クロック・セレクタ回路は、部分的には、前記第１および第２のクロック信号の少なくとも一方が切り替わったかどうか、更に、当該クロック・セレクタ回路がマスタとして機能するか、または、別のクロック・セレクタ回路のスレーブとして機能するか、に基づいて、前記第１および第２のクロック信号、および前記発振器信号の中から、前記少なくとも第１のルータ部分のための共通の出力クロック信号として選択する、請求項１に記載のルータ。
4. 前記クロック・セレクタ回路は、部分的には、（１）前記第１および第２のクロック信号の少なくとも一方が切り替わったかどうか、（２）前記クロックが自己をマスタであるとして機能するか、または、別のクロック・セレクタ回路のスレーブとして機能するか、更に、（３）共通の出力クロック信号がプライマリ・クロック信号として機能するか、に基づいて、前記第１および第２のクロック信号、および前記発振器出力信号の中から、前記少なくとも第１のルータ部分のための共通の出力クロック信号として選択する、請求項１に記載のルータ。
5. 前記クロック・セレクタ回路は、
   第１の外部クロック信号が切り替わったかどうかを判定する出力信号を発生する第１の切り替え検出器と、
   第２の外部クロック信号が切り替わったかどうかを判定する出力信号を発生する第２の切り替え検出器と、
   前記第１および第２の切り替え検出器の出力信号に部分的に基づいて変化する出力制御信号を提供するロジック・ブロックと、
   前記ロジック・ブロックの出力信号に従って前記少なくとも第１のルータのための共通の出力クロック信号として、前記第１および第２のクロック信号、および前記発振器信号の中から選択するマルチプレクサ回路とを備える、請求項１に記載のルータ。
6. 前記ロジック・ブロックは、部分的には、前記第１および第２のクロック信号の少なくとも一方が切り替わったかどうか、更に、前記クロックが自己をマスタであるとして機能するか、または、別のクロック・セレクタ回路のスレーブとして機能するか、に基づいて、自己の出力制御信号を提供する、請求項５に記載のルータ。
7. 前記ロジック・ブロックは、部分的には、（１）前記第１および第２のクロック信号の少なくとも一方が切り替わったかどうか、（２）前記クロックが自己をマスタであるとして機能するか、または、別のクロック・セレクタ回路のスレーブとして機能するか、更に、（３）共通の出力クロック信号がプライマリ・クロック信号として機能するか、に基づいて、自己の出力制御信号を提供する、請求項５に記載のルータ。
8. 非同期信号をルーティングする少なくとも第２のルータ部分と、
   前記少なくとも第２のルータ部分内の第２のクロック・セレクタと、
   を更に備え、
   前記第１のルータ部分は、各々が切り替わる第１および第２の信号をそれぞれ受信するための第１および第２のクロック信号入力を有し、
   前記第２のクロック・セレクタは、部分的には、発振器信号に対して第１および第２のクロック信号の少なくとも一方が切り替わったかどうか、に基づいて、前記第１および第２のクロック信号、および前記発振器信号の中から、少なくとも前記第１のルータのための共通の出力クロック信号として選択する、請求項１に記載のルータ。
9. クロック信号を選択するための方法であって、
   第１のクロック信号の状態変更の失敗を検出するステップと、
   第２のクロック信号の状態変更の失敗を検出するステップと、
   部分的には、前記第１および第２のクロック信号の少なくとも一方が切り替わったかどうか、および選択されたクロックがマスタとして機能するかまたは別の回路のスレーブとして機能するかに基づいて、前記第１および第２のクロック信号、および発振器信号の中から選択するステップと、
   を含む、前記クロック信号を選択するための方法。
10. 前記選択ステップが更に、部分的には、（１）前記第１および第２のクロック信号の少なくとも一方が切り替わったかどうか、（２）前記クロックが自己をマスタであるとして機能するか、または、別のクロック・セレクタ回路のスレーブとして機能するか、更に、（３）共通の出力クロック信号がプライマリ・クロック信号として機能するか、に基づいて、前記第１および第２のクロック信号、および前記発振器出力信号の中から、少なくとも第１のルータのための共通の出力クロック信号として選択するステップを含む、請求項９に記載の方法。

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