JP4822412B2 - データ通信デバイス - Google Patents

Description

本発明は、データ通信デバイスに関する。

トランシーバは典型的には、シグナリングプロトコル（signaling protocol）を使用して有線媒体または無線媒体を介して情報を送受信することにより、他のトランシーバまたはデータ通信デバイスと通信する電子デバイスである。トランシーバは、１つまたは複数の業界標準に一致するように設計することができる。トランシーバなどのデバイスでは、このような業界標準は物理的、および／または電気的、機械的基準を指定することができる。また業界標準は、標準と一致する他のデバイスと通信するかまたは共に動作する方法を記述することもある。トランシーバなどのデバイスの１つの業界標準は、米国ニューヨーク州１００１６−５９９７、パークアベニュー３の電気電子技術者協会（IEEE）が発表したIEEE Std 802.3である。

トランシーバは種々の動作モードを含む場合がある。このような動作モードの例は、種々の動作速度（たとえば１０Ｍｂｐｓ、または、１００Ｍｂｐｓ、１Ｇｂｐｓ、１０Ｇｂｐｓ）、または対応する動作モードを有する他のトランシーバまたはデータ通信デバイスと共に使用できる他の機能（たとえば全二重モードまたは半二重モード）を含む。またオートネゴシエーション（auto negotiation）も、情報を交換して送信器の性能を微調整し、チャネルを調節し受信器における信号を最適化するなど、他の目的に使用できる。IEEE Std 802.3の第２８項は、トランシーバまたは他のデバイスが互いに動作モードを通信し、そのデバイスのもっとも有利な動作モードを使用できるようにする、オートネゴシエーションとして知られるプロセスを提供する。残念なことに、第２８項が定義するオートネゴシエーションプロトコルはいくつかの欠点を有する。たとえばこのプロトコルでは、デバイスのネゴシエーションプロセスは、１６＋／−８ｍｓの間隔のバーストで送信される１００ｎｓリンクパルスを使用するので動作が比較的遅い。これは特に、デバイスが元の意図より多いネゴシエーション情報を交換する必要がある場合に問題となる。さらに、プロトコルが提供する比較的遅いシグナリングレートは、デバイスのアナログ電気特性に低周波数要件を課す可能性がある。

デバイスのアナログの電気的な制約を低減しながら、デバイス間でオートネゴシエーション機能を実行する速度を上げることが望ましい。

本発明の例としての一実施形態では、リンクパートナーと通信するように構成されたデータ通信デバイスを提供する。データ通信デバイスは、リンクパートナーと結合されたポートを備え、また、データ通信デバイスの少なくとも１つの動作モードを識別する情報を含む第１の差分マンチェスター信号（differential Manchester signal）を生成するように構成されポートを使用してリンクパートナーに第１の差分マンチェスター信号を送信するように構成されたオートネゴシエーションシステムを備える。

次の詳細な説明では、本明細書の一部を形成し、本発明を実施する特定の実施形態を例示的に示す添付図面を参照する。この点で、「上」、「下」、「前」、「後」、「先頭の」、「後続の」などの方向を表す用語は、説明する図面（複数可）の方向に関して使用する。本発明の実施形態の構成要素は多くの異なる方向で配置することができるので、方向を示す言葉は例示の目的で使用するものであり、限定的なものではない。本発明の範囲から離れることなく、他の実施形態を使用することができ、構造的または論理的な変更も可能なことを理解されたい。したがって次の詳細な説明は限定的な意味で理解すべきではなく、本発明の範囲は付随する請求項によって定義される。

本明細書に記述するように、オートネゴシエーションシステムとプロトコルは、トランシーバおよび他のデータ通信デバイスで使用するために提供される。本明細書に記述されるオートネゴシエーションシステムとプロトコルでは、トランシーバまたは他のデバイスがデバイスのもっとも有利な動作モードが使用できるように、互いに動作モードを通信することができる。オートネゴシエーションシステムとプロトコルは、デバイスが、現在のIEEE Std 802.3の第２８項に指定されたオートネゴシエーションプロトコルより高速でオートネゴシエーションを実行でき、オートネゴシエーションシステムを備えるデバイスに対する低周波数要件を必要としないように、デバイス間で差分マンチェスターシグナリングを使用することを企図している。

図１は、オートネゴシエーションシステム１０２を備えたトランシーバ１００の一実施形態を示す構成図である。図１に示す実施形態では、トランシーバ１００は、オートネゴシエーションシステム１０２、複数の物理メディアアタッチメントユニット（physical media attachment unit：ＰＭＡ）１０４Ａと１０４Ｂ、メディアアクセス制御（media access control：ＭＡＣ）ユニット１０８、クロック１１２を備える。オートネゴシエーションシステム１０２は、送信機能１１４、アービトレーション（arbitration）機能１１６、受信機能１１８を備える。送信機能１１４は、クロック分割ユニット１２２、差分マンチェスターエンコーダを備える。受信機能１１８は、差分マンチェスターデコーダ１２６を備える。トランシーバ１００は、ポート１３０を使用して、トランシーバまたは他のデータ通信デバイス（図示しないが、本明細書ではリンクパートナーと呼ぶ）と通信する。

トランシーバ１００は、ポート１３０と、接続１１０によってＭＡＣ１０８に結合されたホストコンピュータまたはスイッチ（図示せず）などのＭＡＣクライアントの間のデータパスとして、ＰＭＡ１０４ＡまたはＰＭＡ１０４Ｂを使用して動作するように構成される。特にトランシーバ１００は、接続１１０、ＭＡＣ１０８、メディア独立インタフェース（media independent interface：ＭＩＩ）１０６、ＰＭＡ１０４Ａまたは１０４Ｂ、ポート１３０を使用して、ＭＡＣクライアントのリンクパートナーから情報を受信することによって、リンクパートナーと通信する。またトランシーバ１００は、接続１１０、ＭＡＣ１０８、ＭＩＩ１０６、ＰＭＡ１０４Ａまたは１０４Ｂ、ポート１３０を使用して、ＭＡＣクライアントからリンクパートナーに情報を送信することによって、リンクパートナーと通信する。ポート１３０は、ＰＭＡ１０４ＡとＰＭＡ１０４Ｂへの物理層インタフェースを備える。

ＰＭＡ１０４Ａと１０４Ｂは各々、10BASE-T、100BASE-TX、100BASE-F4、1Gbpsイーサネット、または10Gbpsイーサネットなどの異なるネットワーク媒体を含む。たとえば一実施形態では、ＰＭＡ１０４Ａは10BASE-T送信媒体を含み、ＰＭＡ１０４Ｂは100BASE-TX送信媒体を含む。他の実施形態では、ＰＭＡ１０４Ａと１０４Ｂは各々、種々の速度のファイバチャネル送信媒体などの他のタイプのネットワーク媒体を含む。異なるタイプのＰＭＡはブロック１０４Ａと１０４Ｂとして別々に示されているが、１つまたは複数の実施形態では、これらの機能は一部または全部の回路の使用を共有することができる。

オートネゴシエーションシステム１０２は、トランシーバ１００の動作モードに関する情報を、ポート１３０に直接または間接的に結合されたリンクパートナーへ提供するように構成される。特にオートネゴシエーションシステム１０２は、トランシーバ１００の動作モードの識別などの情報を含むページを生成し、差分マンチェスターエンコードを使用してこのページをエンコードし、さらにポート１３０に結合されたリンクパートナーへページを送信する。

またオートネゴシエーションシステム１０２は、ポート１３０に結合されたリンクパートナーから差分マンチェスターエンコードでエンコードされたページを受信し、ページをデコードし、デコードされたページを処理して、トランシーバ１００の動作モードを選択させる。たとえば、オートネゴシエーションシステム１０２は、マルチプレクサまたは他のスイッチングデバイス（図示せず）を使用するか、または、ＰＭＡ１０４ＡまたはＰＭＡ１０４Ｂのいずれかとして動作できる元の回路の動作モードを変えることによって、ＰＭＡ１０４ＡまたはＰＭＡ１０４Ｂをポート１３０とＭＡＣ１０６に接続し、ポート１３０に結合されたトランシーバまたは他のデバイスの物理メディアアタッチメント（図示せず）と一致させるかまたは互換性を持たせる。またオートネゴシエーションシステム１０２は、トランシーバ１００を全二重モードまたは半二重モードで動作させ、ポート１３０に結合されたトランシーバまたは他のデバイスと一致させるかまたは互換性を持たせることができる。

図２は、差分マンチェスター信号２０２がトランシーバ１００によって送信または受信されたページを含む例を示すタイミング図である。差分マンチェスター信号２０２は、０からｎの一連のビットセルを含む。ここでｎはページのビットの数−１に等しい整数である。ページは１６ビットまたは４８ビットなど、ｎ−１の任意の数のビットを含んでいてよい。各ビットセルは、信号２０２の低論理レベルから高論理レベルへの遷移、または、高論理レベルから低論理レベルへの遷移によって定義される。

図２では、ビットセル遷移は時間ｔ０、および、ｔｌ、ｔ２、ｔ３、ｔ４、ｔ５で発生すると示されている。各ビットセルは、情報のエンコードされたビットを含む（すなわち「０」または「１」）。ビットセルがビットセル内に信号の遷移を含む場合、ビットセルは「１」を含む。ビットセルがビットセル内に信号の遷移を含んでいない場合、ビットセルは「０」を含む。たとえば、ビットセル０とｎの遷移２０４と２０６は、ビットセル０とｎがそれぞれ「１」を含むことを示す。ビットセル１と２に遷移がないことは、ビットセル１と２が「０」を含むことを示す。他の実施形態では、エンコードされたビットを逆にして、ビットセル内に遷移があればビットセルが「０」を示し、ビットセル内に遷移がなければ「１」と示すようにしてもよい。

図３は、オートネゴシエーションプロセスの間に差分マンチェスター信号を使用してページを送信する方法の一実施形態を示すフローチャートである。一実施形態では、図３に示す方法は送信機能１１４の中で実装される。

図３では、ブロック３０２に示すように、送信機能１１４はオートネゴシエーションプロセスを開始する。送信機能１１４は、起動に応答するか、または、リンクパートナーからページを受信したことに応答するか、オービトレーション機能１１６またはトランシーバ１００の他の構成要素から信号を受信したことに応答してプロセスを開始することができる。ブロック３０４に示すように、送信機能１１４はページ開始デリミタ（delimiter）を送信する。ページ開始デリミタの例は、図５と図６を参照して後述される。

ブロック３０６に示すように、送信機能１１４は、差分マンチェスターエンコードを使用してページをエンコードする。特にクロック分割ユニット１２２は、クロック１１２からクロック信号を受信し、クロック信号を分割して、分割されたクロック信号を生成する。クロック１１２からのクロック信号は、分割されたクロック信号の整数倍である周波数を有していてもよい。たとえばクロック１１２からのクロック信号が10.3125GBaudの周波数を有する場合、クロック信号はクロック分割ユニット１２２によって33に分割され、約315MBaudの分割されたクロック信号を生成することができる。同様に、3.125GBaudまたは1.25GBaudの周波数のクロック１１２からのクロック信号は、クロック分割ユニット１２２によって10または4にそれぞれ分割され、約315MBaudの分割されたクロック信号を生成することができる。クロック分割ユニット１２２は、分割されたクロック信号を差分マンチェスターエンコーダ１２４に供給する。

差分マンチェスターエンコーダ１２４は、トランシーバ１００の動作モードを識別する情報を有するページを受信する。一実施形態では、ページの情報はIEEE Std 802.3の第２８項に指定された情報を含む。他の実施形態では、情報は第２８項に指定された情報以外の他のタイプの情報または構成を含んでいてもよい。差分マンチェスターエンコーダ１２４は、分割されたクロック信号を使用してページをエンコードし、図２の例に示す差分マンチェスター信号などの差分マンチェスター信号を生成する。差分マンチェスターエンコーダ１２４は、ページの情報のビットを、差分マンチェスター信号を含む各ビットセルにエンコードする。

ブロック３０８に示すように、送信機能１１４はエンコードされたページをリンクパートナーに送信する。特に送信機能１１４は、差分マンチェスター信号を使用してポート１３０上のリンクパートナーに、エンコードされたページを送信する。ブロック３１０に示すように、送信機能１１４はページをリンクパートナーに再送信するかどうかに関して決定する。送信機能１１４はアービトレーション機能１１６からの信号に応答してこの決定を行うことができる。ページを再送信する場合、送信機能１１４はブロック３０４から３０８の機能を繰り返す。リンクパートナーがページを確認し、ページが受信されたことを確かめるまでページを送信することができる。

ページを再送信しない場合、ブロック３１２に示すように送信機能１１４はリンクパートナーに送信する他のページがあるかどうかを決定する。送信機能１１４はアービトレーション機能１１６からの信号に応答して決定を行うことができる。他に送信すべきページがある場合、送信機能１１４はブロック３０４から３１０の機能を繰り返す。他に送信すべきページがない場合、送信機能１１４が行なうオートネゴシエーションプロセスの部分は終了する。

図４は、オートネゴシエーションプロセスの間に差分マンチェスター信号を使用してページを受信する方法の一実施形態を示すフローチャートである。一実施形態では、図４に示す方法は受信機能１１８の中で実装される。

図４では、ブロック４０２に示すように、受信機能１１８はページデリミタが検出されたかどうかに関して決定する。ページデリミタが検出されていない場合、デリミタが検出されるまでブロック４０２の機能が繰り返される。

ページデリミタが検出されている場合、ブロック４０４で示すように受信機能１１８はエンコードされたページを受信する。特に受信機能１１８は、差分マンチェスター信号を使用してポート１３０からエンコードされたページを受信する。ブロック４０６に示すように、受信機能１１８は差分マンチェスターデコーダ１２６を使用してページをデコードする。特に差分マンチェスターデコーダ１２６は、差分マンチェスター信号を含む各ビットセルからページの情報のビットをデコードする。

ブロック４０８に示すように、受信機能１１８は、ページ一致が達成されたかどうかを決定する。ページを受信すると、受信機能１１８は連続的に受信したいくつかのページの内容が一致し、受信されたページ内で発生したビットエラーについて保護されているかどうかを決定する。たとえば、受信機能１１８は３つの連続的に受信したページの一致についてチェックすることができる。ページの一致が達成されていない場合、受信機能１１８はブロック４０２から４０６の機能を繰り返す。

ページの一致が達成されている場合、ブロック４１０に示すように、受信機能１１８はページに関連づけられた情報をアービトレーション機能１１６に提供する。情報は、リンクパートナーの１つまたは複数の動作モードを識別する。

アービトレーション機能１１６は、ページに関連づけられた情報を受信機能１１８から受信したことに応答して、リンクパートナーの動作モードに従って、トランシーバ１００の動作モードのうち１つまたは複数を選択および／または起動させる。たとえばアービトレーション機能１１６は、マルチプレクサまたはスイッチングデバイス（図示せず）を使用して、ＰＭＡ１０４Ａまたは１０４Ｂをポート１３０とＭＡＣ１０８に接続させ、トランシーバ１００の全二重モード動作または半二重モード動作を選択させることができる。

図５は、ページデリミタ５０２の第１の例を示すタイミング図である。ページデリミタ５０２はマンチェスター違反（violation）を含む。マンチェスター違反は正常なマンチェスターエンコード規則に一致しない信号である。ページデリミタ５０２の中のマンチェスター違反は、差分マンチェスター信号内で通常許可される最長のパルスより長いパルス対である。差分マンチェスター信号では、各ビットセルの開始時に遷移が起きる。しかし、ページデリミタ５０２の各パルスは、少なくとも１ビットセルの開始時には遷移を含んでいない。遷移はｔ０とｔ２の時点では起きるがｔ１の時点では起きないので、第１のパルスはビットセルｍとｍ＋１にまたがる。遷移はｔ２とｔ４の時点では起きるがｔ３の時点では起きないので、第２のパルスはビットセルｍ＋２とｍ＋３にまたがる。

一実施形態では、受信機能１１８は、各ビットセルの開始時に遷移を含まない２つの連続パルスが受信されるページデリミタ５０２を検出する。したがって、受信機能１１８は、ページデリミタ５０２を検出することによってビットセルｍ＋４内のページの第１のビットを検出する。

図６は、ページデリミタ６０２の第１の例を示すタイミング図である。ページデリミタ６０２は、ページの長さより長いゼロと、これに続く１つの１のストリングを含む。したがってページがｎビットを含む場合、ページデリミタ６０２は少なくともｎ＋ｐのゼロのストリングを含む。ここでｐはゼロより大きな整数である。図６に示すように、ビットセル０からｎ＋ｐはビットセル内に遷移を含まないのでゼロを含む。また図６に示すように、ビットセルｎ＋ｐ＋１はビットセル内に遷移を含むので１を含む。ビットセルｎ＋ｐ＋１の中の１はデリミタの終了である。

一実施形態では、受信機能１１８は、ｎ＋ｐの連続的なゼロとこれに続く１が受信されるページデリミタ６０２を検出する。したがって、受信機能１１８はページデリミタ６０２を検出することによって、ビットセルｎ＋ｐ＋２の中のページの第１のビットを検出する。

他の実施形態では、トランシーバ１００は各ＰＭＡ１０４が異なる機能を有する他の数のＰＭＡ１０４を含んでいてもよいし、または、トランシーバ１００は１つだけのＰＭＡ１０４を含んでいてもよい。さらに、トランシーバ１００は、各ＭＡＣ１０８が任意の数のＰＭＡ１０４に結合する他の数のＭＡＣ１０８とＭＩＩ１０６を含んでいてもよい。このような実施形態では、オートネゴシエーションシステム１０２はＭＡＣ１０８ごとに含めてもよい。

一実施形態では、IEEE Std 802.3の第２８項の機能仕様は、オートネゴシエーションプロセスに差分マンチェスターエンコードとデコードを組み込むように変更することができる。特に、ページデリミタ、および、差分マンチェスターフォーマットで送受信されたページを使用して動作するように、第２８項の図２８−１４から２８−１７の状態図を変更することができる。

上記の実施形態では、デバイスがオートネゴシエーションプロセスを行う速度が増加する。さらにデバイスは、デバイスに対する低周波数のアナログの電気的制約を含まずにオートネゴシエーションプロセスを行うように設計することができる。さらに、差分マンチェスターシグナリングを使用することにより、デバイスの位相ロックループ（phase locked loop：ＰＬＬ）内のロックを維持するデバイスの機能を強化することができる。

デバイスは、オートネゴシエーションページ交換の期間が、選択されたＰＭＡからトレーニングパターンを送信する期間内に分散される、トレーニングシーケンスを実行することができる。トレーニングパターンの送信中に、受信器は、オートネゴシエーションページを送信する期間に送信される送信器への調節を決定することができる。オートネゴシエーションプロセスは連続的なクロック情報を含む連続的な信号を提供するので、トレーニング受信器はＰＬＬロックおよび他の受信器調節を維持することができる。これにより、オートネゴシエーションからトレーニングへの遷移時にトレーニング信号を迅速に取得することができ、トレーニング時間を低減することができる。

本明細書では本発明の特定の実施形態を図示し説明したが、当業者であれば、本発明の範囲から離れることなく、図示し説明した特定の実施形態の代わりに種々の代替および／または等価の実装が可能であることが理解されるであろう。本出願は本明細書に論じた特定の実施形態の任意の適応例または変更例をカバーすることを意図している。したがって、本発明は請求項および請求項の等価物によってのみ限定されることを意図している。

オートネゴシエーションシステムを備えたトランシーバの一実施形態を示す構成図である。 差分マンチェスター信号の例を示すタイミング図である。 オートネゴシエーションプロセス中に差分マンチェスター信号を使用してページを送信する方法の一実施形態を示すフローチャートである。 オートネゴシエーションプロセス中に差分マンチェスター信号を使用してページを受信する方法の一実施形態を示すフローチャートである。 ページデリミタの第１の例を示すタイミング図である。 ページデリミタの第１の例を示すタイミング図である。

符号の説明

１００ トランシーバ
１０２ オートネゴシエーションシステム
１０４ 物理メディアアタッチメントユニット
１０６ メディア独立インタフェース
１０８ メディアアクセス制御ユニット
１１０ 接続
１１２ クロック
１１４ 送信機能
１１６ アービトレーション機能
１１８ 受信機能
１２２ クロック分割ユニット
１２４ 差分マンチェスターエンコーダ
１２６ 差分マンチェスターデコーダ
１３０ ポート
２０２ 差分マンチェスター信号
２０４ ビットセルの遷移
２０６ ビットセルの遷移
５０２ ページデリミタ
６０２ ページデリミタ

Claims (9)

1. リンクパートナーと通信するように構成されたデータ通信デバイスであって、
   前記リンクパートナーと結合されたポートと、
   差分マンチェスターエンコードユニットを備えるオートネゴシエーションシステムとを備え、
   前記オートネゴシエーションシステムは、前記データ通信デバイスの少なくとも１つの動作モードを識別する情報を含むページをエンコードして第１の差分マンチェスター信号を生成するように構成されると共に、
   前記ポートを使用して前記リンクパートナーに前記第１の差分マンチェスター信号を送信し、前記第１の差分マンチェスター信号を前記リンクパートナーに送信する前に、第１の論理レベルを有する複数のビットとこれに続く第２の論理レベルを有する１つのビットとを含むデリミタを前記リンクパートナーに送信するように構成され、前記複数のビット内のビットの数が前記ページ内のビットの数を超える、データ通信デバイス。
2. 第１のデータパスと、
   第２のデータパスと、をさらに備え、
   前記少なくとも１つの動作モードが前記第１のデータパスまたは前記第２のデータパスに関連づけられる、請求項１に記載のデータ通信デバイス。
3. 前記オートネゴシエーションシステムが、前記第１の差分マンチェスター信号を前記リンクパートナーに送信する前に、少なくとも１つのマンチェスター違反を含むデリミタを前記リンクパートナーに送信するように構成される、請求項１に記載のデータ通信デバイス。
4. 前記オートネゴシエーションシステムが、分周されたクロック信号を生成するように構成されたクロック分割ユニットを備え、前記差分マンチェスターエンコードユニットが、前記分周されたクロック信号を使用して前記ページをエンコードして前記第１の差分マンチェスター信号を生成するように構成される、請求項１に記載のデータ通信デバイス。
5. 前記オートネゴシエーションシステムが、前記ポートを使用して前記リンクパートナーから第２の差分マンチェスター信号を受信するように構成される、請求項１に記載のデータ通信デバイス。
6. 前記オートネゴシエーションシステムが、前記第２の差分マンチェスター信号をデコードするように構成された差分マンチェスターデコードユニットを備える、請求項５に記載のデータ通信デバイス。
7. 第１のデータパスと、
   第２のデータパスと、をさらに備え、
   前記オートネゴシエーションシステムが、前記第２の差分マンチェスター信号のデコードに応答して、前記第１のデータパスまたは前記第２のデータパスを選択するように構成される、請求項６に記載のデータ通信デバイス。
8. 前記第１の差分マンチェスター信号が複数のビットセルを含み、
   前記複数のビットセルの各々は、前記ビットセル内の信号遷移によって定義される第１の論理レベル、または、前記ビットセル内の信号遷移がないことによって定義される第２の論理レベルのいずれかを含む、請求項１に記載のデータ通信デバイス。
9. データ通信デバイスの少なくとも１つの動作モードを含む情報を含む第１の差分マンチェスター信号を生成するステップと、
   データ通信デバイスのポートを使用して前記リンクパートナーに前記第１の差分マンチェスター信号を送信するステップと、
   前記第１の差分マンチェスター信号を前記リンクパートナーに送信する前に、第１の論理レベルを有する複数のビットとこれに続く第２の論理レベルを有する１つのビットとを含むデリミタを前記リンクパートナーに送信するステップであって、前記複数のビット内のビットの数が前記ページ内のビットの数を超える、ステップと
   を含む方法。

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