JPS6098790A - スイツチングアレイ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明はクロスポイントスイッチ、とりわけ、耐故障性
を備えたクロスポイントスイッチのプレイに関する。

［従来技術］ クロスポイントスイッチは様々なデータ線の間のスイッ
チングを行う。第２図にクロスポイントスイッチの例を
示す。図の例では、８本の入力線ＡＩ、ないしＡ７は８
本の出力線Ｂ。ないしＢ７にそれぞれ選択的に接続でき
る。入力線は水平方向の導通経路に接続され、出力線は
垂直方向の導通経路に接続される。行と列の交点にはそ
れぞれ制御スイッチが配置されている（例えば入力線Ａ
。と出力線Ｂ１の間のスイッチ１２）。スイッチ１２は
サイリスタ、トランジスタ、またはゲートでもよい。ス
イッチは外部制御信号または入力線および出力線に印加
される特定の波形によって制御できる。スイッチ１２が
いったん活動化されれば、入力線Ａ。は低インピーダン
ス経路によって出力線Ｂ□に接続される。ターンオンさ
れていないスイッチは高インピーダンスを呈しているの
で、そのスイッチにつながっている行と列とを接続する
ことはない。行と列との交点はクロスポイン１〜と呼ば
れるので、交点の所にあるスイッチをクロスポイントス
イッチという。

第２図においてクロスポイントスイッチがダイオードで
表わされていることから、入力線および出力線を介する
データの流れが一方向だけであることが暗にわかる。こ
の場合は、したがって、デ−夕の流れは入力線から出方
線へ向かう方向である。しかしながら、双方向性のクロ
スポインＩ・スイッチを設けることもできる。そのよう
な双方向性のクロスポイントスイッチは極性の方向が異
なる一対のダイオードで構成できるが、他のタイプのス
イッチを用いることもできる。

第２図に示すスイッチは両側用（ｔ％１ｏ−ｓｉｄｅｄ
）スイッチとして知られている。このことは、片側の線
（例えばＡ。なレルＡ　？　）が他の片側の線（Ｂｅな
いしＢ、）に接続されることを意味する。別のタイプの
スイッチは片側用（ｏｎｅ−ｓｉｄｅｄ　）スイッチで
ある。このタイプのスイッチは、列の線（ＢＯないしＢ
７）を外部の線に必ずしも接続する必要がなく、最も簡
単な場合、内部接続だけに利用するようなものである。

片側用スイッチはスイッチの片側の線（ＡｏないしＡ７
）を相互に接続する場合に都合がよい。例えば、線Ａ。

および線Ａ２は双方向性のスイッチ１２および１４をタ
ーンオンすることによって相互に接続できる。スイッチ
１２および１４が活動化された場合、列の線Ｂ、は行の
線Ａ。およびＭｃＡ２の間の相互接続線として働く。

同様に、他の任意の１対のスイッチが活動化された場合
、それに係る列の線が相互接続線として働く（例えばス
イッチ１６．１８と列の線Ｂ。）。

簡単のために、１本の線は他の１本の線にだけ接続され
ると仮定する。その場合、８本の線Δ。

ないしＡ７の間で接続できるようにするには、その相互
接続に必要な列の線は４本でよい（例えばＢｏないしＢ
３）。何故なら、１本の列の線は２本の行の線を接続す
るからである。このような構成は、既に確立された接続
が次の接続を閉塞することがないので、非閉塞（ｎｏｎ
−ｂｌｏｃｋｉｎｇ）構成として知られている。

クロスポイントスイッチは電話産業の分野では長い履史
を有している。最近まで、クロスポイントは電子−機械
的スイッチで提供されていた。ごく最近では、第２図の
ようなスイッチシグマ１〜リツクスが集積化された半導
体で実現されている。

集積化により素子の縮少化が進んだことで、さらに多数
の線が適当なサイズのクロスポイントスイッチで相互接
続できるようになった。ところで線の数ｎが増えるに従
ってクロスポイントの数はほぼｎ２に比例して増加する
。片側用スイッチの場合は、これはｎ２／２に比例して
増加する。したがって８本構成の片側用クロスポイント
スイッチに要するクロスポイントの数は３２個である。

これはＭＳＩクラスの集積回路でも容易に達成できる数
である。ところが例えば１０２４本構成の片側用クロス
ポイントスイッチの場合、それに要するクロスポイント
の数は５２４２８８個となる。

このくらいの規模のマトリックスになると、これを柴積
回路で達成することは非常に困難である。

クロスポイン１−スイッチングマトリックスのサイズを
縮少する４つの方法として、米国特許第３３２１７４５
　’ｇに示されるような、スイッチを縦続接続された階
でいに分割する方法がある。第１の階いては小さいスイ
ッチングマトリックスで構成され、その出力は別の第２
のスイッチングマトリックスへそれぞれ接続される。ス
イッチングシステムの詳細を示すものとして１９８１年
９月２日付の米国特許出願第２９８７０５号がある。こ
のシステムにおいては、個々のスイッチは正方形のマト
リックスであり、３つの階でいに縦続接続される。この
システムには欠点が幾つかある。マトリックス間のワイ
ヤリングが変則的であり、成る線を入力線として残りの
他の線を出力線として構成することが要請され、場合に
よっては、閉塞が生じることがある。別のタイプの３階
てい式スイッチはＣＬＯ８構成である。ＣＬＯ３構成は
前記米国特許出願と類似するものであるが、この構成は
閉塞することはない（その代わりにこの構成は大規模で
あって正方形でなくしたがって高価である）。

クロスポイントスイッチおよび半導体集積回路で最も考
慮しなければらならないのは信頼性の問題である。クロ
スポイントの１つが故障するということは避けられるも
のではない。クロスポイントの１つが開状態で故障する
と（クロスポイン１〜が高インピーダンス状態に留まる
）、故障したクロスポイン１−が最終的に接続を閉塞す
るので接続の完全性を保ａ１１．できない。１つのクロ
スポイントが使用不能となったときに動作可能な代用の
ものを利用できるように１以上の余分の列を常備してお
けば、開状態での故障は補償できる。■方、閉状態でク
ロスポイントが故障した場合（クロスポイントは短絡さ
れる）は、クロスポイントで接続された行と列はそのま
ま接続された状態にあるので、単純な冗長技術では故障
を補償できない。

電話産業はスイッチング網の信頼性を高めてきたし、耐
故障式のシステムもこれまで多く考えられてきた。例え
ば、米国特許第４１４．６７４９号に示されるスイッチ
ングシステムは、４つのブロックのうち１つが故障して
もシステムのレベルを維持できるようにそのブロックの
代わりを務める予備のブロックを含んでいる。米国特許
第４１４４４０７号には構成要素ごとにバックアップを
備えたスイッチングシステムが示されている。前記米国
特許第３３２１７４５号は、製造工程中に付加的なダイ
オードを具備するような、耐故障式のクロスポイントス
イッチについて開示する。これは、ワイヤリングの段階
で、故障したダイオードがあればそれを使用しないとい
うだけのことである（しかしこれによって接続の完全性
は達成できる）。この手法は静的な割振り手法であり、
動作中に生じる故障に対処するわけではない。従って組
立て後の故障の場合は動的な割振りを行う必要がある。

［発明が解決しようとする問題点コ 以上説明したように従来のスイッチングシステムは、接
続の完全性および耐故障性を考慮する場合はその構成が
複雑かつ大規模であった。またその構成の簡単なものは
製造工程中の故障にしか対処できず、組立て後の故障に
必要な動的な対処手段は有していない。

従って本発明の目的は１例えば半導体装積回路に都合の
よいサイズでかつ故障に対処できるスイッチングシステ
ムを提供することである。

［問題点を解決するための手段］ 複数の内部線を有するスイッチシグマ１−リツクスをア
レイ構成し、各スイッチング網１へリツクスの複数の内
部線のそれぞれに対応する外部線のアレイを、スイッチ
ングマトリックスのアレイ構成に加える。

この構成によって各スイッチングマトリックスは適当な
サイズで構成でき、さらに対応する外部線の働きにより
、動作中の故障に対処できる。

良好な実施例では、スイッチングマトリックスのアレイ
と、それらに対応する外部線のアレイと、を絶縁できる
ように、各スイッチングマトリックスが３状態バツフア
を有する。

［実施例コ 第１図は本発明を利用する１つのスイッチングマトリッ
クスの例を示す。図の例は、特に、片側用スイッチの場
合に使用される４行×２列のスイッチングマトリックス
を示す。スイッチング網２０のスイッチは４つの水平方
向の行２２．２４．２Ｇ、および２８、ならびに２つの
垂直方向の列３０および３２に位置する。スイッチが活
動状態にあるときそのスイッチ（すなわちクロスポイン
ト）に接続されている行と列の間で低インピーダンス経
路（双方向性）を形成する。各行はそれぞれ３状態バッ
ファ３６．３８．４０、または４２に接続され、同様に
、各列はそれぞ扛３状１ルバツファ４３または４４に接
続される。３状態バツフアは、この場合、それが非活動
状態にあるときは２つのポートの間で高インピーダンス
を呈するバッファまたはゲートのことである。３状態バ
ツフアが活動状態にあるときそれは１つのポー１−から
別のポートへ印加信号を伝達する。ディジタルネットワ
ークの場合この信号はハイまたはローのいずれか一方で
ある。双方向性の３状態バツフアは例えば、極性が反対
方向にかつ並行に接続された切替可能な１対のダイオー
ドである。ダイオードが両方ともターンオフされたとき
は、いずれの方向にも高インピーダンスを呈する。一方
、いずれかのダイオードがターンオンしたときは、その
方向に信号を通過させる。３状態バツフア３６ないし４
２はスイッチング網２０の各行に接続されるだけでなく
、２次相互接続マトリックスの行４５．４６．４８、お
よび５０にもそれぞれ接続される。

相互接続のパターンは、例えば、サーキツ１へボートま
たはセラミックキャリアにプリントされる。

３状態バツフア４３および４４はスイッチング網２０の
各列に接続されるだけでなく、２次相互接続マトリック
スの対応する列５２および５４にもそれぞれ接続される
。したがって、例えばクロスポイン１〜３４が故障した
場合でも、３状態バツフア３６および４；３が非活動状
態に維持されていれば、２次相互接続７１〜リツクスか
らこの故障を絶縁できる。

行４５と行５０を相互接続する場合、クロスポイント３
４および３５をターンオンするだけでなく３状態バッフ
ァ：３６および４２を活動化することが必要である。こ
れに係る制御情報は制御部７１　（第３図）から制御バ
ス５６を介してオンチップ制御部５７に送られてくる。

オンチップ制御部５７は３状態バツフア３６ないし４４
に接続された各クロスポイントに接続される。制御部５
７は制御バス５６から信号を受け取りそれに基づいてク
ロスポイントおよびそれに関連する３状態バツフアを切
替える。制御バス５６から信号が取り除かれた後でも、
制御部５７内の、各クロスポイントに対応する記憶素子
によって、クロスポイン１−の切替えられた状態は維持
される。同じスイッチングマトリックスに接続された行
の間で相互接続するだけなら、２次相互接続マトリック
スの列５２および５４ならびにそれらに関連する；３状
態バツフア４３および４４は必要でない。しかしながら
、後で説明するように、１つのスイッチングマトリック
スの行と、別のスイッチシグマ１〜リツクスの行とを相
互接続する場合は、これらは有用なものとなる。

第３図はスイッチングマトリックス６０．６２．６４、
および６５のアレイ構成を示す。各スイッチングマトリ
ックスは、スイッチング網２０およびそれに関連する３
状態バツフア３６ないし４６を有する。データ線は図の
左側から人ってくる。

各々のデータ線は３状態バツフアを介してスイッチング
マトリックスのそれぞれの行に接続される。

データ線６６とデータ線６８を相互接続する場合は、ク
ロスポイント７０および７２ならびにその行に関連する
３状態バツフアがターンオンされる。

このターンオンは、制御バス５６を介してそのスイッチ
ングマトリックスにリンクされる制御部７１の制御のも
とで遂行される。

１つのスイッチングマトリックスに収容できるデータ線
だけではその数が不足であるという場合には、第３図に
示すように別のスイッチングマトリックスを追加したア
レイ構成にすればよい。これをスイッチシグマ１−リツ
クス６ｏとスイッチングマトリックス６２との関係で説
明する。スイッチングマトリックス６２は自身のデータ
線を有するだけでなく、スイッチングマトリックス６ｏ
に接続された列７６．７８、および８ｏにも接続される
。そこでデータ線８１とデータ線８２を相互接続する場
合は、クロスポイント８４およびクロスポイント８６が
ターンオンされるだけでなく、列７６が２つのスイッチ
ングマトリックス６ｏおよび６２を相互接続できるよう
に、関連する行および列の３状態バツフアもまたターン
オンされる。

２次相互接続マトリックスの列は、端部（８８）で終端
される程度でこのほかは、それ自体は受動的なものであ
る。

付加的なスイッチングマトリックス６４および６５は、
スイッチングマトリックス６ｏおよび６２で説明した２
次相互接続マトリックスの同じ行に接続される。これら
の付加的なスイッチングマトリックスは、データ線の間
の接続の完全性を実現するために要求されるものである
。以下これについて説明する。ｎ本の線すなわちｎ個の
行を有する片側用スイッチの場合、ｎ　／　２個の列が
必要である。システムの列がこれだけの数しがなくても
、全てのデータ線が使用されているときに常にクロスポ
イントが使用可能であれば、システムは閉塞しない。し
かしながら、たとえ必要数の列が既に使用可能だとして
も、スイッチングシステ１１に冗長性を持たせる（した
がって耐故障性を持たせる）ために、さらに別のスイッ
チングマトリックスを付加することが要求されることも
あるであろう。スイッチングマトリックス６ｏが、クロ
スポイントの不良または他の何らかの理由により故障し
た場合は、それに関連する３状態バツフアにより２次相
互接続マトリックスからスイッチングマトリックス６０
を絶縁することができる。この場合二故障したスイッチ
ングマトリックス６０に代わって、付加されたスイッチ
ングマトリックス６４が接続の完全性を維持できる。し
たがって、スイッチングマトリックスの重複の度合は、
スイッチシグマ１〜リツクスのアレイのサイズおよび線
の数、ならびに、スイッチングシステムに要求される接
続性および耐故障性に応じて決定すればよい。

ところで、耐故障性ということを考慮しないで、複数の
スイッチングマトリックスが行方向に構成さＩＬでいる
場合でも、故障したスイッチングマトリックスを回避す
るようにして列を選択すれば、故障したスイッチングマ
トリックスをマスクすることができる。しかしながら、
この場合、接続の完全性は維持できないのでシステムの
性能は落ちる（すべての線を同時に接続することができ
ないという理由でシステムは閉塞型である）。そこで６
４および６５のような付加的なスイッチングマトリック
スを用いることにより耐故障性を提供するのである。こ
のようにして冗長性を持たせることにより、多重の故障
が発生した場合でも、信頼性の高い非閉塞スイッチング
システムが実現できる。

［Ｏｇ！明の効果コ 以上説明したように、本発明によれば、各スイッチング
マトリックスは適当なサイズで構成できしかも動作中の
故障に対処できるスイッチングシステムが提供される。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例を説明するための１つのスイッチングマ
トリックスおよび２次相互接続７１−リツクスの対応部
分を示す図、第２図は従来のスイッチングマトリックス
の構造を示す図、第３図は実施例の概略を表わすブロッ
ク図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 複数の内部線および該内部線間のスイッチをそれぞれ有
   する複数のクロスポイントスイッチングマトリックスと
   、 前記複数の内部線にそれぞれ対応する外部線のアレイと
   、 を有することを特徴とするスイッチングアレイ。