JPH07202913A - 双方向信号伝送装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】一本の信号ラインで信号をやり取りするときに
信号の衝突を防止し、迅速、正確に上下ラインの切り替
えが出来るようにした、双方向信号伝送装置を提供す
る。 【構成】１本の信号ラインの分離端子Ａ，Ｂ間に挿入さ
れた上下信号ラインと、この上下信号ラインに夫々挿入
された遅延素子１１、１２と、この分離端子Ａ，Ｂの一
方Ｂを基準位置とし、この基準位置Ｂのレベルに対して
上下信号ラインに夫々挿入された遅延素子１１、１２に
より遅延された信号のレベルを比較する手段１３と、こ
の比較結果により上下信号の方向を確定し一方の遅延ラ
インを導通させ反対方向の遅延ラインを切断する手段１
６、１７、２１とを具備する

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば一台のパソコ
ンを先生側の親機とし、複数の子機のパソコンを生徒側
として授業を行うように構成された教育システムにおい
て、親機と子機との間にやり取りされるコマンドやデー
タを伝送する為のシングルワイヤで構成されたの双方向
信号伝送装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、パソコンを用いた教育システム
では、先生側のパソコンのキーボードデータを親機から
生徒側の子機を経由して生徒側のパソコンに送って操作
するため、もしくは生徒側のパソコンのキーボードデー
タを子機から先生側の親機を経由して送り、生徒側のパ
ソコンを操作するため、非同期に双方向からのコマン
ド、データを送受信する必要がある。

【０００３】授業では、先生側のパソコンのキーボード
データを親機から生徒側の子機を経由して生徒側のパソ
コンを操作し、もしくは生徒側のパソコンのキーボード
データを子機から先生側の親機を経由して生徒側のパソ
コンを操作することで相互介入させる必要がある。従来
のパソコンを用いた教育システムでは、リレー接点やゲ
ートＩＣ等で構成したスイッチ回路を用い、別のパソコ
ンのキーボードデータを見かけ上自分のパソコンのキー
ボードデータとして認識させていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】こうしたキーボードデ
ータを相互介入させる事を目的としたキーボードデータ
による相互伝送交換装置は、パソコンからのキーボード
データが生徒側の子機から親機へのアップデータと、親
機から生徒側の子機へのダウンデータに個々に別れた伝
送線を使用する必要があった。

【０００５】何故ならば、単にスイッチ回路で切り換え
てしまうと、パソコンとキーボードの間は５０ｃｍ程度
のデータ伝送を想定してバッファしているから、教室内
のパソコン間の距離が２０Ｍから３０Ｍにものぼるデー
タラインでは波形が鈍ってしまい、データ化けを起こし
てしまう事になり、単にスイッチ回路で切り換える構成
では正常なデータの相互伝送交換装置は形成する事が出
来ない。そこで従来型の相互伝送交換装置ではアップと
ダウンを別のラインで構成し、アップとダウンにそれぞ
れバッファアンプを挿入し５０Ｍのデータ伝送を行うこ
とができた。

【０００６】一方、アップデータとダウンデータに個々
にラインを設けず、１本のデータ線で伝送するタイプの
相互伝送交換装置を用いることが考えられる。この場
合、アップとダウンを単にスイッチで切り換える事はで
きても、アップとダウンにそれぞれバッファアンプを挿
入して相互伝送交換装置を形成すると、お互いにバッフ
ァアンプ同志が喧嘩する事になってしまい、同様にデー
タが衝突する事になり、データの上下を区別できず、ハ
ングアップ若しくは故障することが予測される。また、
通信工学上、一般的に言うと双方向に増幅回路を入れる
と、自分で送った波形を自分で増幅する状態となり、お
互いが正帰還の関係となって、発振するおそれもある。

【０００７】こうしたことから、従来の概念では、１本
の信号線でキーボードデータが伝送されるタイプのパソ
コンの相互伝送交換切り換え介入装置は作る事ができな
かった。

【０００８】また、電話方式のような、１ペアの２本の
信号線でデータ若しくは音声データを送受信するには、
２線４線交換トランスで２線４線交換を行い、トランス
絶縁により１本の信号線でデータ若しくは音声データを
送受信することができる。しかしこの方式は、トランス
絶縁が不可欠でスピード上の制約があり、ＩＣロジック
での直接データのやり取りは出来ない。

【０００９】この発明は１本の信号線で伝送される相互
信号の交通整理を行い、迅速、性格に相互介入させる事
ができる双方向信号伝送装置を提供することを目的とす
るものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明の第１の態様
は、１本の信号ラインの分離端子間に挿入された上下信
号ラインと、この上下信号ラインに夫々挿入された遅延
素子と、この分離端子の一方を基準位置とし、この基準
位置のレベルに対して遅延された信号のレベルを比較す
る手段と、上下信号の方向を確定し一方の遅延ラインを
導通させ反対方向の遅延ラインを切断する手段とを具備
することを特徴とする双方向信号伝送装置として構成さ
れる。

【００１１】この発明の第２の態様は、第１の信号送受
信装置に接続された第１の端子と、第２の信号送受信装
置に接続された第２の端子と、前記第１の端子と第２の
端子との間に互いに並列に接続された第１の遅延素子お
よび第２の遅延素子と、前記第１の遅延素子と第２の端
子との間に第１の遅延素子と直列に接続された第１のゲ
ート素子と、前記第２の遅延素子と第１の端子との間に
第２の遅延素子と直列に接続された第２のゲート素子
と、前記第１、第２の遅延素子の出力によりその出力状
態が切り替えられるフリップフロップ回路と、このフリ
ップフロップ回路の出力により前記第１、第２のゲート
素子の導通状態を制御するゲート制御手段とを具備した
ことを特徴とする双方向信号伝送装置として構成されて
いる。

【００１２】この発明の第３の態様は、第１の信号送受
信装置に接続された第１の端子と、第２の信号送受信装
置に接続された第２の端子と、前記第１の端子と第２の
端子との間に順次直列に接続された第１の遅延素子およ
び第１のゲート素子でなる第１の信号伝送回路と、前記
第２の端子と第１の端子との間に順次直列に接続された
第２の遅延素子および第２のゲート素子でなる第２の信
号伝送回路と、前記第１、第２の遅延素子の出力端子に
接続されたクロック端子と、前記第２の端子に接続され
たＤ端子とを有し、クロック端子およびＤ端子への入力
によりその出力状態が切り替えられるフリップフロップ
回路と、このフリップフロップ回路の出力により前記第
１、第２のゲート素子の導通状態を制御するゲート制御
手段と、を具備したことを特徴とする双方向信号伝送装
置として構成されている。

【００１３】この発明の第４の態様は、第１の信号送受
信装置に接続された第１の端子と、第２の信号送受信装
置に接続された第２の端子と、前記第１の端子と第２の
端子との間に順次直列に接続された第１、第２の遅延素
子および第１のゲート素子でなる第１の信号伝送回路
と、前記第２の端子と第１の端子との間に順次直列に接
続された第３、第４の遅延素子および第２のゲート素子
でなる第２の信号伝送回路と、前記第１、第３の遅延素
子の出力端子に接続されたクロック端子と、前記第２の
端子に接続されたＤ端子とを有し、クロック端子および
Ｄ端子への入力によりその出力状態が切り替えられるフ
リップフロップ回路と、このフリップフロップ回路の出
力により前記第１、第２のゲート素子の導通状態を制御
するゲート制御手段とを具備したことを特徴とする双方
向信号伝送装置として構成されている。

【００１４】

【作用】本発明の双方向信号伝送装置は、１本の信号ラ
インを上下信号ラインとして分離し、この上下信号ライ
ンに夫々遅延ラインを挿入し、この分離端子の一方を基
準位置とし、この基準位置のレベルに対して遅延された
信号のレベルを比較することにより、上下信号の方向を
確定し、一方の遅延ラインを導通させ反対方向の遅延ラ
インを切断するようにしたものである。

【００１５】

【実施例】以下、この発明の実施例について図面を参照
して説明する。

【００１６】図１はこの発明の一実施例のブロック図で
ある。図において、一本の信号ラインをＡ，Ｂ端子間で
切断して、この間を上下信号ラインＵＰ，ＤＮとして分
離する。上下信号ラインＵＰ，ＤＮには夫々遅延回路１
１、１２が挿入される。ここでは、Ｂ端子が基準位置と
して設定され、この基準位置にはフリップフロップ
（Ｆ．Ｆ．）１３のＤ端子が接続される。遅延回路１
１、１２の夫々の所定の遅延位置からは出力ライン１４
ａ，１４ｂが取り出され、ＯＲゲート１５を介してフリ
ップフロップ（Ｆ．Ｆ．）１３のクロック端子ＣＫに接
続される。 フリップフロップ１３の正負のＱ出力が夫
々遅延回路１１、１２の下流側のバッファアンプを含む
ゲート１６、１７の制御端子に接続される。Ａ，Ｂ端子
には夫々図示しないが、信号としてのデータの送受を行
う例えばパソコンが接続されているものとする。

【００１７】図１の回路において、Ａ，Ｂ端子のいずれ
にもパソコンからのデータが送られて来ていないときは
いずれの信号レベルもハイ（Ｈ）となっている。以下の
説明はこのＨ状態を論理０とする負論理で行う。この状
態では基準位置Ｂの０がフリップフロップ１３に送られ
ている。また、ゲート１６、１７はいずれも閉じてい
る。

【００１８】ここで、端子Ａ方向からＢ方向に信号が伝
送されると、時点ｔ１で図２のＡ端子のレベルがロウ
（Ｌ）になり、所定時間遅れてライン１４ａから信号が
フリップフロップ１３のクロック端子ｃｋに与えられ
る。これによりフリップフロップ１３のＱ端子からの出
力がゲート１６に与えられてこのゲート１６が開き、Ａ
端子に入力されたデータが図２に示すように所定の遅延
時間Ｔだけ遅れてＢ端子に現れる。この時、ゲート１７
はずっと閉じたままであり、Ｂ端子に現れたデータがＡ
端子に帰還されることはない。このフリップフロップ回
路１３の出力“Ｈ”はデータの方向が変わるまでこの状
態を維持される。

【００１９】この状態で同様にＢ方向からＡ方向に信号
が伝送されると、図３に示すようにＢ端子のデータが先
に立ち下がる。この結果、フリップフロップ１３のＤ端
子の論理レベルも立ち下がって論理１となり、続いて送
られてくるライン１４ｂからの立ち下がり信号でフリッ
プフロップ回路１３の出力は反転する。この結果、反転
Ｑ出力が１となってゲート１７が開かれ、ゲート１６が
閉じられる。このようにして、端子Ｂ方向からＡ方向に
信号が伝送される。

【００２０】尚、図２において、端子Ａ方向からＢ方向
に信号が伝送されてからゲート１６が閉じられるまでの
時間は遅延時間Ｔよりやや短い時間であり、これ以後は
たとえＢ方向からＡ方向に信号が伝送されたとしても、
ゲート１６が開き、ゲート１７が閉じた状態は変わらな
いから、端子ＡからＢへの安定したデータ伝送ができ
る。

【００２１】この様に遅延回路１１、１２で作られライ
ン１４ａ，１４ｂから得られた信号を基に基準点Ｂの信
号と比較する事により上下の信号の方向を確定する事が
出来る。しかして、この上下の信号の方向確定により、
上下信号の出力バッファのゲートをコントロールするこ
とができる事になる。つまり、フリップフロップ回路１
３の正側のＱ出力が１であれば、端子Ａ方向からＢ方向
へのデータ伝送であるから、Ｂ方向へのバッファアンプ
を含むゲート１６をＯＮにしてデータをＢ方向へ送出す
る事になる。この時、Ａ方向へのバッファアンプを含む
ゲート１７はＯＦＦにして切断してありＡ方向からのデ
ータやコマンドと衝突する事はない。

【００２２】また、フリップフロップ回路１３の負側の
Ｑ出力が１であれば、Ｂ方向からＡ方向であるから、Ａ
方向へのゲート１７をＯＮにしてデータを送出する事に
なる。同様に、Ｂ方向へのゲート１６はＯＦＦにしてあ
りＢ方向からのデータやコマンドと衝突する事はないよ
うに、制御するのである。

【００２３】ここで重要なことは、双方向のコマンドや
データのクロストークや、ゲートの切断遅れ等で、上下
のラインのお互いが正帰還の関係となり、発振する場合
にそなえておくことである。図４はこの点を考慮にいれ
た実施例のブロック図を示す。図４の実施例において図
１の実施例と対応する部分は同一の参照符号を付してあ
り、その詳細は省略する。図４において、フリップフロ
ップ回路１３の正負のＱ出力はゲートコントローラ２１
を介してゲート１６、１７の制御端子に送られるように
構成される。ゲートコントローラ２１はスイッチＳＷに
よってＯＮ／ＯＦＦされる電源２２の出力電圧を受ける
ように接続されている。ゲートコントローラ２１は電源
投入時に両方のゲート１６、１７にＯＮ信号が一定時間
与えられないように制御するためのものである。例えば
所定の時定数回路を持ち、電源２２の投入時に信号のレ
ベルが安定するまでの数十ｍｓの間、両方のゲート１
６、１７をＯＦＦとして、発振動作が効果的に防止でき
る。尚、図４において素子２３、２４は必要に応じて挿
入されるバッファアンプである。

【００２４】発振動作を防止するための回路を組み込ん
だ更に他の実施例のブロック図を図５に示す。図５の回
路において、図４の実施例に示した回路は同一の参照符
号を付して、その詳細な説明は省略する。

【００２５】図５の実施例回路では、遅延回路１１の後
に他の遅延回路３１を設けることにより、発振する事の
無い様にすることが出来た。同様に遅延回路１２の後に
遅延回路３２を設けることにより、発振する事の無い様
にできた。

【００２６】ゲートコントローラ２１は所定容量のコン
デンサ２１ａを有し、電源２２の投入に際して所定時間
遅らせてリセット信号発生器２１ｂを動作させて、フリ
ップフロップ回路１３の正負Ｑ出力のスイッチングを行
うゲート素子２１ｃ，２１ｄにインバータ２１ｅ，ゲー
ト素子２１ｆを介してゲート制御信号を送る構成となっ
ている。

【００２７】尚、図５の回路において、Ａ，Ｂ端子とも
にＨレベルの時はＡ，Ｂ端子の位置の信号でゲート１
６、１７をＯＮとすると発振の原因となるので、遅延回
路１１、３１および遅延回路１２、３２を夫々通った後
のゲート１６、１７の入力端子の信号でゲート１６、１
７を制御するために、夫々の出力をゲート３３を通して
ゲート素子２１ｃ，２１ｄに供給するように構成されて
いる。

【００２８】更に、ゲート１６、１７にはゲート素子３
４、３５を介して図示しない回線ＯＮ／ＯＦＦコントロ
ール回路から回線ＯＮ／ＯＦＦコントロール信号が供給
される。この回線ＯＮ／ＯＦＦコントロール信号はさら
にゲート素子２１ｆも制御している。

【００２９】色々な場合の図５の回路の動作状態を図６
ないし図１１のタイムチャートに示す。図６はＢ端子に
対してＡ端子の方に先に信号入力（負論理の立ち下が
り）があった場合、図７はＡ端子に対してＢ端子の方に
先に信号入力（負論理の立ち下がり）があった場合、図
８は正論理でＢ端子の信号が終了後にＡ端子の方に信号
入力（正論理の立ち上がり）があった場合、図９は正論
理でＢ端子の方に信号入力（正論理の立ち上がり）があ
った場合、図１０は信号の流れが端子ＡからＢの後に端
子ＢからＡに切り替わった時（負論理の立ち下がり）、
図１１は信号の流れが端子ＢからＡの後に端子ＡからＢ
に切り替わった時（負論理の立ち下がり時の動作をしめ
す。

【００３０】図５の回路では、ＡからＢ，ＢからＡへの
双方向の送受信の切替えは、通常のＴＴＬロジックで設
計しても、方向をきりかえ安定に動作させるのに要する
時間は１μｓｅｃを実現できた。

【００３１】この図５の実施例の様に、ゲートＩＣのス
ピード次第で、双方向の送受信の切替えスピードを可変
する事が出来る。

【００３２】上記の図５の実施例の基本的な回路を組み
合わせる事により、キーボードデータの相互伝送交換装
置が実現できる。

【００３３】図１２はその一例を示し、教育システムと
して、キーボードデータの介入用、逆介入用及び、ロー
カル用にそれぞれに図５の基本回路を子機及び、親機に
３組ずつ配しシステム化した例である。図１２におい
て、コンピュータ＆キ−・インターフェースシステム４
１、４２、４３・・・４ｎが夫々キーボードバス４０に
接続されている。これらのコンピュータ＆キ−・インタ
ーフェースシステムはいづれも同じ構成であり、例え
ば、コンピュータ＆キ−・インターフェースシステム４
１は、コンピュータ４１ａとキーボード４１ｂとが夫々
介入用、逆介入用の基本回路４１ｃ，４１ｄを介してキ
ーボードバス４０に接続されている。コンピュータ４１
ａとキーボード４１ｂとの間には別のローカル用の基本
回路４１ｅが接続され、これらの基本回路４１ｃ，４１
ｄ、４１ｅの伝送ラインのＯＮ／ＯＦＦはデマルチプレ
クサ４１ｆの出力により制御されている。即ち、これら
の基本回路はキーボードデータの介入用、逆介入用及
び、ローカル用のそれぞれに使用されるために、デマル
チプレクサ４１ｆの出力によるイネーブル、ディスイネ
ーブルの制御用にコントロール入力が設けられている。

【００３４】上記例は、ロジックＩＣによる論理回路の
双方向の波形整形、バッファアンプに関する動作例であ
ったが、音声やアナログ波形でも同様の増幅、レベル変
換が可能である。

【００３５】例えば、音声やアナログ波形を波形整形し
上記の判定回路で判定してアナログスイッチや、ゲート
回路で切断、増幅をすれば、双方向の波形増幅や、レベ
ル変換が可能となる。例え音声による会話であっても、
実際の会話では容易に、１μｓｅｃの切り替え速度を実
現した本発明による切り換え回路で切り換えれば自然な
会話状態で１本のラインによる通話が可能である。

【００３６】その他、光ファイバーにより光伝送を行う
場合でも、光からロジック信号に変換を行うことにより
同様の双方向信号伝送処理が可能となる。

【００３７】また、ＣＰＵの内部回路におけるバス信
号、コントロール信号などの非同期伝送路にこの発明の
双方向信号伝送装置を用いることによりＣＰＵ内部の信
号伝送ラインを有効に使用可能となり、ＣＰＵのコンパ
クト化、高速化に有効である。

【００３８】また、入力が、２４Ｖで、出力が１２Ｖと
いったレベル変換も可能となる。

【００３９】同様にデジタル回路でも、入力が、２４Ｖ
で、出力が１２Ｖといったレベル変換も可能となる。

【００４０】このようにこの発明の双方向信号伝送装置
は、アナログ処理系、デジタル処理系相互にメリットの
ある増幅及びレベル変換処理系ともいえる。

【００４１】本発明による非同期相互増幅及びレベル変
換処理系は、ガリ砒素超高速論理回路系においても同様
に使用可能であって今後発表される高速論理回路系にお
いていずれの回路系においても使用可能な高速非同期相
互増幅及びレベル変換処理系といえる。

【００４２】

【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、
１本の信号線で伝送される相互信号の交通整理を行い、
迅速、性格に相互介入させる事ができる双方向信号伝送
装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例のブロック図。

【図２】図１の回路の動作を説明する為のタイムチャー
ト。

【図３】図１の回路の動作を説明する為のタイムチャー
ト。

【図４】この発明の他の実施例のブロック図。

【図５】この発明の更に他の実施例のブロック図。

【図６】図５の実施例の動作を説明する為のタイムチャ
ート。

【図７】図５の実施例の動作を説明する為のタイムチャ
ート。

【図８】図５の実施例の動作を説明する為のタイムチャ
ート。

【図９】図５の実施例の動作を説明する為のタイムチャ
ート。

【図１０】図５の実施例の動作を説明する為のタイムチ
ャート。

【図１１】図５の実施例の動作を説明する為のタイムチ
ャート。

【図１２】この発明の双方向信号伝送装置を適用して構
成されたコンピュータ＆キ−・インターフェースシステ
ムを示すブロック図。

【符号の説明】

Ａ，Ｂ…信号入出力端子、 １１、１２…遅延回路、 １３…フリップフロップ回路、 １４ａ，１４ｂ…遅延信号導出ライン、 １５…ＯＲゲート、 １６、１７…ライン開閉ゲート、 ２１…ゲートコントローラ、 ２２…電源、 ２３、２４…バッファアンプ、 ３１、３２…遅延回路 ３３…発振防止用のゲート。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １本の信号ラインの分離端子間に挿入さ
   れた上下信号ラインと、この上下信号ラインに夫々挿入
   された遅延素子と、この分離端子の一方を基準位置と
   し、この基準位置のレベルに対して上下信号ラインに夫
   々挿入された遅延素子により遅延された信号のレベルを
   比較する手段と、この比較結果により上下信号の方向を
   確定し一方の遅延ラインを導通させ反対方向の遅延ライ
   ンを切断する手段とを具備することを特徴とする双方向
   信号伝送装置。
2. 【請求項２】 第１の信号送受信装置に接続された第１
   の端子と、 第２の信号送受信装置に接続された第２の端子と、 前記第１の端子と第２の端子との間に互いに並列に接続
   された第１の遅延素子および第２の遅延素子と、 前記第１の遅延素子と第２の端子との間に第１の遅延素
   子と直列に接続された第１のゲート素子と、 前記第２の遅延素子と第１の端子との間に第２の遅延素
   子と直列に接続された第２のゲート素子と、 前記第１、第２の遅延素子の出力によりその出力状態が
   切り替えられるフリップフロップ回路と、 このフリップフロップ回路の出力により前記第１、第２
   のゲート素子の導通状態を制御するゲート制御手段と、 を具備したことを特徴とする双方向信号伝送装置。
3. 【請求項３】 第１の信号送受信装置に接続された第１
   の端子と、 第２の信号送受信装置に接続された第２の端子と、 前記第１の端子と第２の端子との間に順次直列に接続さ
   れた第１の遅延素子および第１のゲート素子でなる第１
   の信号伝送回路と、 前記第２の端子と第１の端子との間に順次直列に接続さ
   れた第２の遅延素子および第２のゲート素子でなる第２
   の信号伝送回路と、 前記第１、第２の遅延素子の出力端子に接続されたクロ
   ック端子と、前記第２の端子に接続されたＤ端子とを有
   し、クロック端子およびＤ端子への入力によりその出力
   状態が切り替えられるフリップフロップ回路と、 このフリップフロップ回路の出力により前記第１、第２
   のゲート素子の導通状態を制御するゲート制御手段と、 を具備したことを特徴とする双方向信号伝送装置。
4. 【請求項４】 第１の信号送受信装置に接続された第１
   の端子と、 第２の信号送受信装置に接続された第２の端子と、 前記第１の端子と第２の端子との間に順次直列に接続さ
   れた第１、第２の遅延素子および第１のゲート素子でな
   る第１の信号伝送回路と、 前記第２の端子と第１の端子との間に順次直列に接続さ
   れた第３、第４の遅延素子および第２のゲート素子でな
   る第２の信号伝送回路と、 前記第１、第３の遅延素子の出力端子に接続されたクロ
   ック端子と、前記第２の端子に接続されたＤ端子とを有
   し、クロック端子およびＤ端子への入力によりその出力
   状態が切り替えられるフリップフロップ回路と、 このフリップフロップ回路の出力により前記第１、第２
   のゲート素子の導通状態を制御するゲート制御手段と、 を具備したことを特徴とする双方向信号伝送装置。