JPH04137839A - Ｎｒｚ信号クロック再生回路 - 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 本発明は入力したＮＲＺ信号からこのＮＲＺ信号を識別
するためのクロック信号を再生するＮＲＺ信号クロック
再生回路に関する。

［従来の技術］ 通常のデジタルデータをＰＣＭ変調して送信する場合に
用いるＮ　ＲＺ　（Ｎｏｎ−Ｒｅｔｕｒｎ−ｔｏ−Ｚｅ
ｒｏ）信号においては、周知のように、データの［１コ
のビットに対して極性または信号レベルを反転させるの
で、最高反転頻度をデータのビット密度と等しくでき、
一定の伝送帯域幅の中で最大のデータ量を送信すること
が可能である。しかし、［０〕のビットが継続すると読
出信号のないところが続くために、別途同期信号を作成
しないと受信装置側でビット同期ができない。

したがって、第９図に示すように、受信側装置にＮＲＺ
信号からクロック信号を再生するクロック再生回路が組
込まれている。すなわち、送信側装置１ａ内で送信すべ
き第１０図に示すデジタルデータ信号ａを信号変換器を
用いてＮＲＺ信号すに変換する。そして、変換されたＮ
ＲＺ信号すを送信クロック信号Ｃに同期して、受信側装
置１ｂへ送信する。

受信側装置ｌｂ内にはクロック再生回路２とビットデー
タ識別回路３が収納されている。そして受信したＮＲＺ
変換された受信信号ｄはクロ・ツク再生回路２内の微分
回路４へ入力される。微分回路４は受信信号ｄを微分し
て第１０図に示す波形を有する微分信号ｅを出力する。

微分信号ｅは受信信号ｄの極大点および極小点て極性が
反転するので、この微分信号ｅを次の全波整流回路５で
全波整流すると、送信クロック信号Ｃの周期に対応する
周期を有する全波整流信号ｆが得られる。そして、この
全波整流信号ｆが位相検波器６．ローパスフィルタ７お
よび電圧制御発振器（Ｖ　ＣＯ）８からなるＰＬＬ　（
位相同期ループ）回路９に入力される。周知のように、
ＰＬＬ回路９は、入力された信号の周波数と位相とを一
定に制御するので、全波整流信号ｆにおける点線で示す
波形を補うように作用して、電圧制御発信器（ＶＣＯ）
８から送信クロック信号Ｃに同期する再生クロ・ツク信
号ｇを出力する。

このように、微分回路４．全波整流回路５およびＰＬＬ
回路９を用いることによって、ＮＲＺ信号すのクロック
信号を再生できる。再生された再生クロック信号ｇはビ
ットデータ識別回路３に印加される。よって、ビットデ
ータ識別回路３は再生クロック信号ｇを用いて受信信号
ｄの各ビ・ノドデータを識別していく。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、第９図に示すクロック再生回路において
もまた解消すべき次のような問題があった。

すなわち、近年、光ファイバを用いた光通信においても
、デジタルデータをＰＣＭ変調して送信する場合にＮＲ
Ｚ信号を用いる。送信するデジタルデータ信号のビット
レートは２〜５　Ｇ　ｂ／ｓと非常に高い。

したがって、このような高周波に属する非常に高い周波
数を有したＮＲＺ信号からＰＬＬ回路９のみを用いて直
接元のクロ・ツク信号を再生すると、再生された再生ク
ロック信号ｇのＳ／Ｎが非常に悪くなる。すなわち、Ｐ
ＬＬ回路９に入力される全波整流信号ｆに点線て示す波
形部分を補うので、点線で示す波形の割合が大きいと、
再生クロ・ツク信号ｇに広範囲のジッタが発生する。よ
って、このような再生クロック信号ｇを用いて受信信号
ｄのビットデータを識別すると識別エラーが多発する懸
念がある。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、ＰＬ
Ｌ回路の前段にタロツク信号のタイミングを検出するタ
イミング検出部を設けることにより、たとえ人力される
ＮＲＺ信号が高い周波数を有していたとしても、ジッタ
の少ないＳ／Ｎの高い再生クロック信号を得ることがで
き、ＮＲＺ信号の識別時における誤り発生率を大幅に低
減できるＮＲＺ信号クロック再生回路を提供することを
目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解消するために本発明のＮＲＺ信号クロック
再生回路においては、入力したＮＲＺ信号をＲＺ倍信号
変換するＮＲＺ／ＲＺ変換回路と、このＮＲＺ／ＲＺ変
換回路にて変換されたＲＺ倍信号入力され、このＲＺ倍
信号おける送信クロ・ツク信号の周波数に一致する周波
数成分のみを通過させるバントパスフィルタと、このバ
ンドパスフィルタの出力信号を飽和領域まで増幅するリ
ミッタ増幅器と、このリミッタ増幅器の出力信号の周波
数および位相を一定値に制御して再生クロック信号とし
て出力するＰＬＬ回路とを備えている。

［作用］ このように構成されたＮＲＺ信号クロック再生回路であ
れば、入力したＮＲＺ信号はＮＲＺ／ＲＺ変換回路によ
ってＲＺ　（Ｒｅｔｕｒｅｎ　ｔｏ　Ｚｅｒｏ）信号に
変換される。周知のように、このＲＺ倍信号ＮＲＺ信号
の各信号波形の信号変化時刻からごく短い所定幅のパル
ス波形の列で形成される。すなわち、ＮＲＺ信号の各信
号波形の立上がり又は立下がりタイミングは送信クロッ
クの発生タイミングに一致しているので、ＲＺ倍信号送
信クロック信号の中からランダムにクロックを取出した
波形となる。したがって、このＲＺ倍信号は送信クロッ
クに同期する周波数成分が最も多く含まれる。

一方、バンドパスフィルタは送信クロック信号の周波数
成分のみを通過させるので、このバンドパスフィルタに
て前記ランダムなタイミング成分のみを有するＲＺ倍信
号、前記送信クロック信号に同期する連続したタイミン
グ成分を含むアナログの連続信号に変化する。このまま
では、バンドパスフィルタの出力信号のうちのＲＺ倍信
号パルス波形が存在しない位置に対応する位置の振幅は
存在する位置に比較して小さいので、リミッタ増幅器で
飽和領域まで増幅して、振幅レベルをほぼ一定に制御す
る。

その結果、ＰＬＬ回路へ入力されるリミッタ増幅器の出
力信号は基本的に送信クロック信号の各クロックに同期
したタイミング成分を有する連続信号となるので、ＰＬ
Ｌ回路によって、その周波数および位相が送信クロック
信号に一致するように制御される。よって、正確な再生
クロック信号が得られる。

［実施例］ 以下本発明の一実施例を図面を用いて説明する。

第１図は実施例のＮＲＺ信号クロック再生回路の概略構
成を示すブロック図である。この実施例のクロック再生
回路は大きく別けてタイミング検出部１０とＰＬＬ回路
１１とで構成されている。

さらに、タイミング検出部１０はＮＲＺ／ＲＺ変換回路
１２とバンドパスフィルタ１３とリミッタ増幅器１４と
で構成されている。

また、ＰＬＬ回路１１は、分周器１５９位相検波器１６
．ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１７．電圧制御発振器（
ＶＣＯ）１８．分周器１９．リミッタ増幅器２０で構成
されている。さらに、入力端子２１から入力されたＮＲ
Ｚ信号（ＮＲＺ。

ＰＨ１０−１）はタイミング検出部１０へ入力されると
共にとットデータ識別回路２２のデータ端子りへ入力さ
れる。このとットデータ識別回路２２のクロック端子Ｃ
ＫにはＰＬＬ回路１１から出力された再生クロック信号
ｑが入力される。

第２図はＮＲＺ／ＲＺ変換回路１２の概略構成を示すブ
ロック図である。

すなわち、入力された第３図に示すＮＲＺ信号ｌは信号
分岐回路１２ａへ入力される。信号分岐回路１．２　ａ
は出力端子ＱからＮＲＺ信号ｌの信号レベルに等しい信
号」を出力し、出力端子ＱからＮ　Ｒ，Ｚ信号１の信号
レベルを反転した信号ｋを出力する。信号分岐回路１２
ａから出力された各信号ｊ、には位相遅延回路１２ｃお
よびＮＯＲ回路１２ｂの一方の入力端子へそれぞれ入力
される。

位相遅延回路１２ｃは例えば同軸ケーブルからなるデイ
レイラインで構成されており、そのデイレイラインの長
さを調整することによって、遅延時間を調整する回路で
ある。そして、入力した信号ｊの位相を例えば０．５ビ
ット分だけ遅らせる。

例えばＮＲＺ信号ｉのビットレートが２．４０）Ｉｚの
場合は、遅れ時間は２０８　ｐ　ｓ　　（ピコセカンド
）となる。位相遅延回路１２ｃの出力信号ｇ前記ＮＯＲ
回路１２ｂの他方の入力端子へ入力される。

ＮＯＲ回路１２ｂの出力信号はＲＺ信信号色して次のバ
ンドパスフィルタ１３へ入力される。

前記バンドパスフィルタ１３は予め定められている送信
クロック信号りの周波数成分のみを通過させる。この実
施例のバンドパスフィルタ１３においては、例えば２．
４６Ｇ　Ｈｚ　〜２．５８Ｇ　Ｈｚの間の周波数成分の
みを通過させる。また、リミッタ増幅器１４は入力した
信号を飽和電圧以上に増幅する。

したがって、入力信号の振幅が大きい場合、出力信号波
形は矩形波に近い形状となる。また、入力信号の振幅が
小さい場合、飽和電圧近傍まで増幅される。したがって
、第３図に示すように、入力信号０の振幅が大きく変動
したとしても出力信号ｐの振幅値はほぼ飽和電圧に制御
される。

ＰＬＬ回路１１に入力されたタイミング検出部１０の出
力信号ｐは分周器１５で１／４の周波数に分周された後
、位相検波器１６へ入力される。位相検波器１６は分周
器１５の出力信号と他方の分周器１９の出力信号との間
の位相差に対応する電圧を出力する。位相検波器１６の
出力電圧はローパスフィルタ１７にて直流平均化されて
、電圧制御発振器（ＶＣＯ）１８へ入力される。電圧制
御発振器１８は入力電圧に比例した周波数を有する信号
を出力する。この電圧制御発振器１８の出力信号の周波
数は分周器１９にてｌ／４の周波数に分周されて前記位
相検波器１６に帰還される。

このように、電圧制御発振器１８の発振周波数が位相検
波器１６に帰還され、位相検波器１６によってタイミン
グ検ａ部１０からの出力信号ｐの位相に一致するように
電圧制御発振器１８の出力が制御されることによって、
出力信号ｐに位相同期した出力信号が得られる。電圧制
御発振器１８の出力信号はリミッタ増幅器２０て波形整
形され、第４図に示す矩形状波形を有した再生クロック
信号ｑが得られる。

しかして、ビットデータ識別回路２２は再生クロック信
号ｑを用いて入力したＮＲＺ信号信号上ットデータを識
別していく。

このように構成されたＮＲＺ信号クロック再生回路にお
ける各部の信号波形を第３図乃至第６図を用いて説明す
る。

まず、入力端子２１へ入力される第３図に示すＮＲＺ信
号信号上ラウン管オシロスコープで観察すると第４図（
ａ）のアイパターン波形となる。

そして、このＮＲＺ信号信号例えば周波数分析器を用い
て周波数分析すると、第５図（ａ）に示すように、第３
図の波形ｉでも理解できるように中心周波数ｆＣが１．
２５Ｇ　）Ｉｚでほぼ同一レベルのスペクトラムピーク
が所定周波数間隔で並ぶ。このＮＲＺ信号信号上Ｚ信号
ｎに変換すると、ＲＺ信号ｎ′にはＮＲＺ信号信号例上
りのタイミング成分のみが残る。このＲＺ信号ｎをブラ
ウン管オシロスコープで観察すると第４図（ｂ）に示す
ジッタを多く含んだ波形となる。そして、このＲＺ信号
ｎを周波数分析すると、第５図（ｂ）に示すように、Ｎ
ＲＺ信号信号上倍の中心周波数ｆｃ　（−２，５Ｇ　）
Ｉｚ）位置に高いレベルのスペクトラムビクが生しる。

バンドパスフィルタ１３の通過周波数は前述したように
２．４６〜２．５８Ｇ　Ｈｚに設定されているので、第
５図（ｂ）の２．５ＧＨｚの中心周波数のピークの周波
数成分のみを通過させる。よって、このバンドパスフィ
ルタ１３の出力信号Ｏにおいては、第３図に示すように
、ＲＺ信号ｎのパルスが長期間に亘って存在しない位置
において振幅が小さくなる。その結果、第６図（ａ）の
ブラウン管オシロスコープの観察波形においては多数の
ジッタを含むサイン波形となる。

このサイン波形状を有したバンドパスフィルタ１３の出
力信号０をリミッタ増幅器１４で飽和領域まて増幅する
と、第３図に示すように振幅の大きい部分のサイン波形
の上端がカットされて、矩形波に近似する波形となる。

よって、第６図（ｂ）のブラウン管オシロスコープの観
察波形に示すように、ジッタ成分が抑制された矩形波に
近い信号波形となる。この出力信号ｐがＰＬＬ回路１１
へ入力される。

ＰＬＬ回路１１には第６図（ｂ）に示す含まれるジッタ
が非常に少ない信号ｐが入力されるので、このＰＬＬ回
路１１から出力される位相および周波数制御された再生
クロック信号ｑには、第６図（Ｃ）のブラウン管オシロ
スコープの観察波形に示すように、ジッタがほとんど含
まれない。

したがって、送信クロック信号りが正確に再生されたこ
とになる。よって、ビットデータ識別回路２２において
この再生クロック信号ｑを用いて入力されたＮＲＺ信号
信号上ットデータを読取る場合における読取誤りの発生
率（エラーレート）を大幅に低減できる。

第７図は、送信側装置において、送信すべきＮＲＺ信号
を光信号に変換して光ファイバを介して受信側装置へ伝
送して、受信側装置で光信号を電気信号に変換して、復
調してＮＲＺ信号信号上して、このＮＲＺ信号１を第１
図に示すクロック再生回路を用いて再生クロック信号ｑ
を作成して、この再生クロック信号ｑを用いて受信した
ＮＲＺ信号信号上読した場合における、送信側のＮＲＺ
信号と比較した場合のエラーレート（誤り発生率）と光
信号の平均受光パワーとの関係を示す実験値である。

図示するように、ＮＲＺ信号のビットレートが２．４６
０Ｇ　ｂ／ｓ　〜２．２７５　Ｇ　ｂ／ｓの範囲におい
て良好な結果が得られた。すなわち、この良好な範囲は
前記バンドパスフィルタ１３の通過周波数帯域である。

このことは、タイミング検出部１０内にバンドバスフィ
ルタ１３を設けて、ＲＺ信号ｎから強制的に送信クロッ
ク信号りの周波数成分のみを取比すことが、ＮＲＺ信号
信号量ットデータ解読時の誤り率を大幅に低下させるこ
とに大きく貢献していることを示す。

このように、第１０図に示す欠落波形が多数存在した全
波整流信号ｆを直接ＰＬＬ回路９へ印加して再生クロッ
ク信号ｇを作成していた第９図に示す従来のクロック再
生回路に比較して、実施例のクロック再生回路は、第３
図に示す欠落波形が存在しないタイミング検出部１０の
出力信号ｐをＰＬＬ回路１１へ印加して再生クロック信
号ｑを作成している。したがって、ＰＬＬ回路１１から
出力される再生クロック信号ｑのジッタの含まれる率が
大幅に減少されるので、ＮＲＺ信号識別時における誤り
発生率を従来回路に比較して大幅に低減できる。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。例えば第２図に示したＮＲＺ／ＲＺ変換回路におけ
るＮＯＲ回路１２ｂの代りに、第８図に示すようにＥＸ
ＯＲ回路（排他的論理和回路）１２ｄを用いてもよい。

このように、ＥＸＯＲ回路１２ｄを用いることによって
、ＥＸＯＲ回路１２ｄから出力されるＲＺ信号ｍには、
第３図に示すように、ＮＲＺ信号信号量下りタイミング
と立上りタイミングとの両方のタイミングが含まれるの
で、第２図に示したＮＲＺ／ＲＺ変換回路を用いた場合
のＲＺ信号ｎに比較して、より送信クロック信号りに近
似する。したがって、ＰＬＬ回路１１から出力される再
生クロック信号ｑにおけるジッタの含まれる率がさらに
減少されるので、ＮＲＺ信号識別時における誤り発生率
をより大幅に低減できる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明のＮＲＺ信号クロック再生回
路によれば、ＰＬＬ回路の前段に送信クロック信号のタ
イミングを検出するタイミング検出部を設けている。し
たがって、たとえ入力されるＮＲＺ信号が高い周波数を
有していたとしても、ジッタの少ないＳ／Ｎの高い再生
クロック信号を得ることができ、ＮＲＺ信号の識別時に
おける誤り発生率を大幅に低減できるる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第７図は本発明の一実施例に関わるＮＲＺ信
号クロック再生回路を示すものであり、第１図は全体構
成を示すブロック図、第２図はＮＲＺ／ＲＺ変換回路を
示すブロック図、第３図は動作を示すタイムチャート、
第４図および第６図はブラウン管オシロスコープで観察
された各部の信号波形図、第５図は各信号の周波数分析
図、第７図は効果を説明するための誤り発生率特性図で
あり、第８図は本発明の他の実施例に係わるＮＲＺ信号
クロック再生回路のＮＲＺ／ＲＺ変換回路を示すブロッ
ク図、第９図は従来のクロック再生回路を示すブロック
図、第１０図は同従来回路の動作を示すタイムチャート
である。 １０・・・タイミング検出部、１１・・・ＰＬＬ回路、
１２・・ＮＲＺ／ＲＺ変換回路、１３・・・バンドパス
フィルタ、１４．２０・・・リミッタ増幅器、１５゜１
９・・・分周器、１６・・・位相検波器、１７・・・ロ
ーパスフィルタ、 ８・・・電圧制御発振器、 ２２・・・ピッ トデータ識別回路、 ｉ・・・ＮＲＺ信号、 ｎ・・・ＲＺ信 号、 ｑ・・・再生クロック信号。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 入力したＮＲＺ信号（ｉ）をＲＺ信号（ｎ）に変換する
   ＮＲＺ／ＲＺ変換回路（１２）と、このＮＲＺ／ＲＺ変
   換回路にて変換されたＲＺ信号が入力され、このＲＺ信
   号における送信クロック信号の周波数に一致する周波数
   成分のみを通過させるバンドパスフィルタ（１３）と、
   このバンドパスフィルタの出力信号を飽和領域まで増幅
   するリミッタ増幅器（１４）と、このリミッタ増幅器の
   出力信号の周波数および位相を一定値に制御して再生ク
   ロック信号（ｑ）として出力するＰＬＬ回路（１１）と
   を備えたＮＲＺ信号クロック再生回路。