JP2017103548A - 送信装置、受信装置、通信システム及び通信方法 - Google Patents

Abstract

【課題】受信側にクロック生成部を設けずに、データ信号の論理値に応じて符号化されたパルス信号からデータ信号を復号することができる送信装置、受信装置、通信システム及び通信方法を提供する。
【解決手段】送信側において、データ信号に基づいて、データ信号の論理値の一方の値に応じた大きさの第１のパルス幅のパルス、及び論理値の他方の値に応じた大きさの第２のパルス幅のパルスを含むように符号化された一定のパルス周期の第１のパルス信号を生成して送信する。受信側において、送信された第１のパルス信号を受信し、前記第１のパルス幅と前記第２のパルス幅との間の大きさの第３のパルス幅より小さいパルス幅のパルス、または前記第３のパルス幅より大きいパルス幅のパルスを、受信した第１のパルス信号から除去して第２のパルス信号を生成し、第１のパルス信号と第２のパルス信号とに基づいてデータ信号を復号する。
【選択図】図５

Description

本発明は、送信装置、受信装置、通信システム及び通信方法に関する。

シリアル信号で通信を行うシリアルインターフェイスには様々な方式がある。プリント基板の高密度実装化に伴い、なるべく少ない信号線での通信が求められている。例えば、従来のシリアルインターフェイス方式としては、ＵＳＡＲＴ（汎用同期/非同期送受信回路：Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter）が周知である。ＵＳＡＲＴ方式によれば、単線での通信が可能である。

また、特許文献１には、データ、クロック、フレームの３つの情報を１つの信号線上含む符号形式に変換する符号化回路及びこの符号化回路出力を伝送路に送信するドライバからなる送信部と、前記伝送路からの信号を受信するレシーバ及びこのレシーバ出力から前記データ、クロック、フレームを抽出して３本の信号線に分離出力する復号化回路からなる受信部とを備えることを特徴とする信号伝送方式が開示されている。

特開平９−０５１３１６号公報

しかしながら、ＵＳＡＲＴ方式では、送信側及び受信側の両方に精度の高いボーレートクロックが必要である。このため、送受信を行うデバイスが大型化するという問題があった。また、特許文献１に記載の信号伝送方式では、受信部にＰＬＯ(位相同期発振器：Phase Locked Oscillator)が内蔵されたクロック整形部が設けられており、受信した信号からデータを抽出する際に、データ抽出用のクロックパルスを生成している。

本発明の目的は、受信側にクロック生成部を設けずに、データ信号の論理値に応じて符号化されたパルス信号からデータ信号を復号することができる送信装置、受信装置、通信システム及び通信方法を提供することにある。

本発明の通信システムは、データ信号に基づいて、前記データ信号の論理値の一方の値に応じた大きさの第１のパルス幅のパルス、及び前記論理値の他方の値に応じた大きさの第２のパルス幅のパルスを含むように符号化された一定のパルス周期の第１のパルス信号を生成する第１の生成手段と、前記第１のパルス信号を送信する送信手段とを備えた送信装置と、前記送信装置から送信された第１のパルス信号を受信する受信手段と、前記第１のパルス幅と前記第２のパルス幅との間の大きさの第３のパルス幅より小さいパルス幅のパルス、または前記第３のパルス幅より大きいパルス幅のパルスを、前記受信手段が受信した前記第１のパルス信号から除去した第２のパルス信号を生成する第２の生成手段と、前記第１のパルス信号と前記第２のパルス信号とに基づいて前記データ信号を復号する復号手段とを備えた受信装置と、を有する通信システムである。

本発明の送信装置は、データ信号に基づいて、前記データ信号の論理値の一方の値に応じた大きさの第１のパルス幅のパルス、及び前記論理値の他方の値に応じた大きさの第２のパルス幅のパルスを含むように符号化された一定のパルス周期の第１のパルス信号を生成する第１の生成手段と、前記第１のパルス信号を送信する送信手段とを備え、前記第１のパルス幅と前記第２のパルス幅との間の大きさの第３のパルス幅より小さいパルス幅のパルス、または前記第３のパルス幅より大きいパルス幅のパルスを、前記第１のパルス信号から除去した第２のパルス信号を生成する第２の生成手段と、前記第１のパルス信号と前記第２のパルス信号とに基づいて前記データ信号を復号する復号手段とを備えた受信装置との間で通信を行う、送信装置である。

本発明の受信装置は、データ信号に基づいて、前記データ信号の論理値の一方の値に応じた大きさの第１のパルス幅のパルス、及び前記論理値の他方の値に応じた大きさの第２のパルス幅のパルスを含むように符号化された一定のパルス周期の第１のパルス信号を受信する受信手段と、前記第１のパルス幅と前記第２のパルス幅との間の大きさの第３のパルス幅より小さいパルス幅のパルス、または前記第３のパルス幅より大きいパルス幅のパルスを、前記受信手段が受信した前記第１のパルス信号から除去した第２のパルス信号を生成する第２の生成手段と、前記第１のパルス信号と前記第２のパルス信号とに基づいて前記データ信号を復号する復号手段と、を備えた受信装置である。

本発明の通信方法は、送信側において、データ信号に基づいて、前記データ信号の論理値の一方の値に応じた大きさの第１のパルス幅のパルス、及び前記論理値の他方の値に応じた大きさの第２のパルス幅のパルスを含むように符号化された一定のパルス周期の第１のパルス信号を生成して送信し、受信側において、送信された第１のパルス信号を受信し、前記第１のパルス幅と前記第２のパルス幅との間の大きさの第３のパルス幅より小さいパルス幅のパルス、または前記第３のパルス幅より大きいパルス幅のパルスを、受信した前記第１のパルス信号から除去して第２のパルス信号を生成し、前記第１のパルス信号と前記第２のパルス信号とに基づいて前記データ信号を復号する、通信方法である。

本発明によれば、受信側にクロック生成部を設けずに、データ信号の論理値に応じて符号化されたパルス信号からデータ信号を復号することができる。

通信システムの構成の一例を示すブロック図である。 送信装置の回路構成の一例を示すブロック図である。 送信装置内で授受される各信号の関係を示すタイミングチャートである。 受信装置の回路構成の一例を示すブロック図である。 受信装置内で授受される各信号の関係を示すタイミングチャートである。 受信部の回路構成の他の一例を示すブロック図である。

＜通信システム＞
まず、通信システムについて説明する。
図１は通信システムの構成の一例を示すブロック図である。図１に示すように、本実施の形態に係る通信システム１０は、送信装置２０、受信装置３０、及び信号伝送路４０を備えている。また、通信方式はデジタルシリアル通信であり、送信装置２０から送信されたパルス信号は、１本の信号伝送路４０により１ビットずつ順番に伝送されて、受信装置３０により受信される。

＜送信装置＞
次に、送信装置の構成及び動作について説明する。
図２は送信装置の回路構成の一例を示すブロック図である。図２に示すように、送信装置２０は、クロック生成部２２、デジタルデータに基づいてパルス信号を生成する信号生成部２４、パルス信号を出力する信号送信部２６を備えている。図示しないデジタルデータ出力端が、信号生成部２４の入力端に接続されている。また、クロック生成部２２も、信号生成部２４の入力端に接続されている。信号生成部２４の出力端は、信号送信部２６に接続されている。

クロック生成部２２は、パルス間隔及びパルス幅が一定のクロック信号を生成する。信号生成部２４は、デジタルデータ（以下、「データ信号」という。）に基づいて、データ信号の論理値の一方の値に応じた大きさの第１のパルス幅のパルス、及び論理値の他方の値に応じた大きさの第２のパルス幅のパルスを含むように符号化された第１のパルス信号を生成する。例えば、データ信号の論理値「１」に対応してパルス幅１５０ｎｓ（ナノ秒）のパルスを発生させ、データ信号の論理値「０」に対応してパルス幅５０ｎｓのパルスを発生させる。

また、信号生成部２４は、一定のパルス周期を有する第１のパルス信号を生成する。例えば、隣接する立下りエッジの時間間隔（パルス周期）が３００ｎｓとなるように、第１のパルス信号を生成する。この通り、一定のパルス周期を有するパルス信号とすることで、生成された第１のパルス信号はクロック信号としても機能する。第１のパルス信号は、信号送信部２６から信号伝送路４０に出力される。

ここで、第１のパルス信号の生成方法の一例を詳細に説明する。この例では、信号生成部２４はカウンタを含み、カウンタを用いてデューティ比（パルス周期に対するパルス幅の割合）の異なるパルスを発生させる。図３は送信装置内で授受される各信号の関係を示すタイミングチャートである。図３に示すように、カウンタは、クロック生成部２２で生成されるクロック信号の立下り回数をカウントして第１のパルス信号のパルス周期を生成する。この例では、１周期の間に０から７までカウントする。

データ信号の論理値「１」の場合は、カウント値「１」でパルスをＨレベルにする信号を生成し、カウント値「７」でパルスをＬレベルにする信号を生成する。一方、データ信号の論理値「０」の場合は、カウント値「５」でパルスをＨレベルにする信号を生成し、カウント値「７」でパルスをＬレベルにする信号を生成する。パルスをＨレベルにする信号の立下りでＬレベルからＨレベルになり（立上る）、パルスをＬレベルにする信号の立下りでＬレベルになる（立下る）。

データ信号の論理値「１」の場合とデータ信号の論理値「０」の場合とで、パルスの立下りのタイミングは同じであるが、データ信号の論理値「１」の場合はデータ信号の論理値「０」の場合に比べてパルスの立上りのタイミングが早い。このため、データ信号の論理値「１」の場合は、パルス幅が広く且つデューティ比が大きいパルスが生成され、データ信号の論理値「０」の場合は、パルス幅が狭く且つデューティ比が小さいパルスが生成される。

＜受信装置＞
次に、受信装置について説明する。
図４は受信装置の回路構成の一例を示すブロック図である。図４に示すように、受信装置３０は、信号受信部３２、フィルタ３４、及びシフトレジスタ３６を備えている。フィルタ３４は、第３のパルス幅より小さいパルス幅のパルスを除去するフィルタである。
ここで、第３のパルス幅とは、第１のパルス信号に含まれる第１のパルス幅と第２のパルス幅との間の大きさのパルス幅である。

シフトレジスタ３６は、複数のＤフリップフロップで構成されており、シリアルなデジタル信号をパラレルなデジタル信号に変換して出力するシリアル入力パラレル出力である。信号受信部３２は、フィルタ３４の入力端に接続されると共に、シフトレジスタ３６のクロック入力端ＣＫに接続されている。フィルタ３４の出力端は、シフトレジスタ３６のデータ入力端Ｄに接続されている。

信号受信部３２で受信された第１のパルス信号ＩＮがフィルタ３４に入力されることにより、第１のパルス信号ＩＮから第３のパルス幅より小さいパルス幅のパルスが除去された第２のパルス信号ＳＩが生成される。

第２のパルス信号ＳＩは、シフトレジスタ３６のデータ入力端Ｄにデータ信号として１ビットずつ入力される。また、信号受信部３２から入力された第１のパルス信号ＩＮは、フィルタ３４を介さずに、シフトレジスタ３６のクロック入力端ＣＫにクロック信号ＣＬＫとして１ビットずつ入力される。第２のパルス信号ＳＩは、フィルタ３４を通過する分、第１のパルス信号ＩＮより遅延する。

シフトレジスタ３６の各Ｄフリップフロップは、クロック信号ＣＬＫ（＝第１のパルス信号ＩＮ）と第２のパルス信号ＳＩとに基づいて符号化されたデータ信号を復号し、復号したデータ信号に応じたパラレルなデジタル信号ＰＯを出力する。なお、デジタル信号ＰＯは、パーソナル・コンピュータ等の情報処理装置や記憶装置など、デジタルデータを処理する次の処理手段に出力される。

＜復号処理＞
次に、受信装置で行われるデータ信号の復号処理について説明する。
図５は受信装置内で授受される各信号の関係を示すタイミングチャートである。ここでは、８ビットのデータ信号「１０１１００１０」に対応する第１のパルス信号が受信された場合について、受信装置３０内で授受される各信号の関係について説明する。また、第３のパルス幅を１００ｎｓとし、データ信号の論理値「１」に対応してパルス幅１５０ｎｓのパルスを発生させ、データ信号の論理値「０」に対応してパルス幅５０ｎｓのパルスを発生させる例について説明する。

信号受信部３２で受信された第１のパルス信号ＩＮは、パルス幅５０ｎｓのパルスとパルス幅１５０ｎｓのパルスとを含んでいる。第１のパルス信号ＩＮは、フィルタ３４に入力されると共に、フィルタ３４を介さずにシフトレジスタ３６にもクロック信号ＣＬＫとして直接入力される。フィルタ３４により、第１のパルス信号ＩＮからパルス幅５０ｎｓのパルスが除去され、第２のパルス信号ＳＩが生成される。第２のパルス信号ＳＩは、第１のパルス信号ＩＮのパルス幅５０ｎｓのパルスに対応する部分がＬレベルとなる。

クロック信号ＣＬＫである第１のパルス信号ＩＮの立下りのタイミングで、第２のパルス信号ＳＩのレベルを検出する。パルス幅５０ｎｓのパルスの立下りのタイミングでは、第２のパルス信号ＳＩはＬレベルとなり、データ信号の論理値「０」が復号される。パルス幅１５０ｎｓのパルスの立下りのタイミングでは、第２のパルス信号ＳＩはＨレベルとなり、データ信号の論理値「１」が復号される。８回目のクロック信号ＣＬＫの立ち下りのタイミングで、８ビットのデータ信号「１０１１００１０」が、パラレルなデジタル信号ＰＯとしてシフトレジスタ３６から出力される。

本実施の形態では、受信される第１のパルス信号が、一定のパルス周期を有しており一定の時間間隔で立下って、クロック信号としても機能するので、受信側にボーレートクロックのようなクロック生成部を設ける必要がない。また、受信される第１のパルス信号が、データ信号の論理値の一方の値に応じた大きさの第１のパルス幅のパルス、及び論理値の他方の値に応じた大きさの第２のパルス幅のパルスを含むように符号化されているので、受信側でフィルタリングにより元のデータ信号を復号することができる。

また、フィルタリングにより第１のパルス幅と第２のパルス幅との間の大きさの第３のパルス幅より小さいパルス幅のパルスを除去できればよく、第１のパルス信号（クロック信号）のパルス幅の精度を緩和することができる。受信側にボーレートクロックを設ける場合にはクロック信号のパルス幅には誤差１％以下等の精度が求められるが、本実施の形態の第１のパルス信号の各パルスのパルス幅については、これに比べて大幅な誤差が許容される。

例えば、第１のパルス信号のパルス周期を３００ｎｓ、第３のパルス幅を１００ｎｓとすると、データ信号の論理値「０」に応じた第１のパルス幅は、１００ｎｓ未満であればよく、５０ｎｓに限らず１０ｎｓ等でもよい。データ信号の論理値「１」に応じた第２のパルス幅は、１００ｎｓ以上３００ｎｓ以下であればよく、１５０ｎｓに限らず１７０ｎｓ等でもよい。

このとき、フィルタリングにより第３のパルス幅より小さいパルス幅のパルスを除去する際に、第１のパルス幅と第２のパルス幅との差をより大きく設定することにより、信号生成部の回路構成を簡易なものとすることができる。また、第１のパルス幅が短いほど回路構成を簡易なものとすることができる。例えば、第１のパルス信号のパルス周期を１００ｎｓとしたときに第１のパルス幅を３０ｎｓ、第２のパルス幅を７０ｎｓと設定するよりも第１のパルス幅を１０ｎｓ、第２のパルス幅を９０ｎｓと設定した方が精度を高めなくとも確実に判定することが可能となる。従って、パルス周期に対して第３のパルス幅を３０％から７０％の間の範囲に設定することが好ましく、さらに１０％から９０％の間の範囲に設定することがより好ましい。但し、本信号はクロック信号としても利用されるものであるため、例えば第１のパルス幅を１ｎｓ前後のように極端に短いパルス幅に設定すると、クロック信号として機能することが難しくなり、誤作動が生じる可能性が高くなることもあるため、上述の範囲に設定することが望ましい。

＜受信装置の変形例＞
図６は受信装置の回路構成の他の一例を示すブロック図である。
受信装置３０は、信号受信部３２とフィルタ３４との間にもう１つのフィルタ３８を備えている。フィルタ３８は、スパイクノイズ等のノイズを除去するフィルタである。信号受信部３２は、フィルタ３８の入力端に接続されている。フィルタ３８の出力端は、フィルタ３４の入力端に接続されると共に、シフトレジスタ３６のクロック入力端ＣＫに接続されている。その他の構成は、図２に示す受信装置３０の回路構成と同じであるため同じ符号を付して説明を省略する。

信号受信部３２で受信された第１のパルス信号ＩＮがフィルタ３８に入力されることにより、第１のパルス信号ＩＮからノイズが除去されて、ノイズが除去された第１のパルス信号ＩＮ２が生成される。例えば、データ信号の論理値「０」に対応してパルス幅５０ｎｓのパルスを発生させる場合は、パルス幅５ｎｓ以下のパルス等、立上りから立下りまでの時間間隔が短い変動をノイズとして予め除去する。ノイズが除去された第１のパルス信号ＩＮ２がフィルタ３４に入力されると共に、シフトレジスタ３６にクロック信号ＣＬＫとして入力される。これにより、受信装置３０において外乱による誤作動を防止することができる。

＜符号化信号の変形例＞
上記の実施の形態では、符号化された第１のパルス信号が、データ信号の論理値「１」に対応してパルス幅１５０ｎｓ（第２のパルス幅）のパルスを発生させ、データ信号の論理値「０」に対応してパルス幅５０ｎｓ（第１のパルス幅）のパルスを発生させる例について説明したが、論理値との対応付けがこの例には限定されない。例えば、データ信号の論理値「０」に対応してパルス幅１５０ｎｓ（第２のパルス幅）のパルスを発生させ、データ信号の論理値「１」に対応してパルス幅５０ｎｓ（第１のパルス幅）のパルスを発生させてもよい。

この場合は、データ信号の論理値「１」に応じたパルスが除去されてＬレベルになる。予め定めたパルス幅未満のパルスの立下りのタイミングでは、第２のパルス信号はＬレベルとなり、データ信号の論理値「１」が復号される。予め定めたパルス幅以上のパルスの立下りのタイミングでは、第２のパルス信号はＨレベルとなり、データ信号の論理値「０」が復号される。

また、上記の実施の形態では、パルス信号がＨレベルになる期間をパルス幅として予め定めたパルス幅未満のパルスを除去する例について説明したが、パルス信号がＬレベルになる期間をパルス幅として予め定めたパルス幅未満のパルスを除去してもよい。この場合、第１のパルス信号はＨ／Ｌが反転した信号となり、予め定めたパルス幅未満のパルスが除去されるとその部分がＨレベルになる。また、第１のパルス信号の立上りのタイミングで、第２のパルス信号のレベルを検出することになる。

また、上記の実施の形態では、第２のパルス幅が第１のパルス幅より大きい設定としたが、第２のパルス幅は第１のパルス幅より小さい設定としてもよい。また、上記の実施の形態では、受信装置と送信装置とは信号伝送路を介して通信をする通信システムについて説明したが、無線によりシリアル通信を行ってもよい。

また、上記の実施の形態では、受信側のフィルタにより第３のパルス幅より小さいパルス幅のパルスを除去する例について説明したが、受信側のフィルタにより第３のパルス幅より大きいパルス幅のパルスを除去してもよい。

１０ 通信システム
２０ 送信装置
２２ クロック生成部
２４ 信号生成部
２６ 信号送信部
３０ 受信装置
３２ 信号受信部
３４ フィルタ
３６ シフトレジスタ
３８ フィルタ
４０ 信号伝送路

Claims (8)

1. データ信号に基づいて、前記データ信号の論理値の一方の値に応じた大きさの第１のパルス幅のパルス、及び前記論理値の他方の値に応じた大きさの第２のパルス幅のパルスを含むように符号化された一定のパルス周期の第１のパルス信号を生成する第１の生成手段と、前記第１のパルス信号を送信する送信手段とを備えた送信装置と、
   前記送信装置から送信された第１のパルス信号を受信する受信手段と、前記第１のパルス幅と前記第２のパルス幅との間の大きさの第３のパルス幅より小さいパルス幅のパルス、または前記第３のパルス幅より大きいパルス幅のパルスを、前記受信手段が受信した前記第１のパルス信号から除去した第２のパルス信号を生成する第２の生成手段と、前記第１のパルス信号と前記第２のパルス信号とに基づいて前記データ信号を復号する復号手段とを備えた受信装置と、
   を有する通信システム。
2. 前記復号手段が、前記第１のパルス信号のパルス周期で前記第２のパルス信号のレベルを検出して前記データ信号を復号する、請求項１に記載の通信システム。
3. 前記復号手段が、検出されたレベルがＨレベルの場合は論理値が１となり、検出されたレベルがＬレベルの場合は論理値が０となるように前記データ信号を復号する、請求項２に記載の通信システム。
4. 前記受信装置が、前記復号手段が前記データ信号を復号する前にノイズを除去するノイズ除去手段を更に備えた、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の通信システム。
5. 前記第３のパルス幅は前記パルス周期に対して１０％以上９０％以下の範囲に設定される、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の通信システム。
6. データ信号に基づいて、前記データ信号の論理値の一方の値に応じた大きさの第１のパルス幅のパルス、及び前記論理値の他方の値に応じた大きさの第２のパルス幅のパルスを含むように符号化された一定のパルス周期の第１のパルス信号を生成する第１の生成手段と、前記第１のパルス信号を送信する送信手段とを備え、
   前記第１のパルス幅と前記第２のパルス幅との間の大きさの第３のパルス幅より小さいパルス幅のパルス、または前記第３のパルス幅より大きいパルス幅のパルスを、前記第１のパルス信号から除去した第２のパルス信号を生成する第２の生成手段と、前記第１のパルス信号と前記第２のパルス信号とに基づいて前記データ信号を復号する復号手段とを備えた受信装置との間で通信を行う、送信装置。
7. データ信号に基づいて、前記データ信号の論理値の一方の値に応じた大きさの第１のパルス幅のパルス、及び前記論理値の他方の値に応じた大きさの第２のパルス幅のパルスを含むように符号化された一定のパルス周期の第１のパルス信号を受信する受信手段と、
   前記第１のパルス幅と前記第２のパルス幅との間の大きさの第３のパルス幅より小さいパルス幅のパルス、または前記第３のパルス幅より大きいパルス幅のパルスを、前記受信手段が受信した前記第１のパルス信号から除去した第２のパルス信号を生成する第２の生成手段と、
   前記第１のパルス信号と前記第２のパルス信号とに基づいて前記データ信号を復号する復号手段と、
   を備えた受信装置。
8. 送信側において、データ信号に基づいて、前記データ信号の論理値の一方の値に応じた大きさの第１のパルス幅のパルス、及び前記論理値の他方の値に応じた大きさの第２のパルス幅のパルスを含むように符号化された一定のパルス周期の第１のパルス信号を生成して送信し、
   受信側において、送信された第１のパルス信号を受信し、前記第１のパルス幅と前記第２のパルス幅との間の大きさの第３のパルス幅より小さいパルス幅のパルス、または前記第３のパルス幅より大きいパルス幅のパルスを、受信した前記第１のパルス信号から除去して第２のパルス信号を生成し、前記第１のパルス信号と前記第２のパルス信号とに基づいて前記データ信号を復号する、
   通信方法。