JPH07250054A - シリアル通信のビット同期回路及びビット同期方法 - Google Patents

シリアル通信のビット同期回路及びビット同期方法

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JPH07250054A
JPH07250054A JP6036922A JP3692294A JPH07250054A JP H07250054 A JPH07250054 A JP H07250054A JP 6036922 A JP6036922 A JP 6036922A JP 3692294 A JP3692294 A JP 3692294A JP H07250054 A JPH07250054 A JP H07250054A
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JP
Japan
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pulse
synchronization
bit
serial communication
data
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JP6036922A
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English (en)
Inventor
Nobuyuki Kobayashi
信之 小林
Katsuhiko Nonome
克彦 野々目
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Sumitomo Wiring Systems Ltd
Original Assignee
Sumitomo Wiring Systems Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 この発明は、ノイズの影響を受けにくく、構
成が簡単で確実に同期を確立できるビット同期回路を提
供できるようにすることを目的とする。 【構成】 受信データのプリアンブルの受信中に同期確
立部SYNにより両パルス幅検出部1,2からの一致パ
ルス信号を連続して所定回カウントしたときに、同期が
確立したと判断して同期確立信号をクロックパルス発生
部CPGに出力し、クロックパルス発生部CPGにより
受信データのデータフレームのビットパルスの中央のタ
イミングで受信クロックパルスを発生する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、シリアル通信による
受信データとの同期タイミングを検出して受信同期信号
を発生するシリアル通信のビット同期回路及びビット同
期方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、特別な同期用クロック線を用いず
に伝送データ信号波形から同期信号を抽出するシリアル
通信システムにおいて、伝送線をバス型接続し、必要な
ときに送信側のノードが交代しながら送信データをかた
まり状に送信するバースト伝送(CSMA/CD,トー
クンバスなど)を行う場合、各ノードはそれぞれ個別の
クロックにより動作しているため、そのクロック精度が
バースト送信データ長を固定周期でサンプリングしても
問題ない程度に高くても、受信側の各ノードは送信側ノ
ードが交代する度にビット同期,特にビット位相同期を
毎回取り直す必要がある。
【0003】このようにビット同期を行うものとして、
特開平4−259137号公報に記載のように、PWM
やマンチェスタ方式などの同期クロック信号成分を重畳
させた符号化方式による伝送データのエッジを検出し、
エッジ検出信号に基づいて受信クロック信号を生成する
ビット同期方式が提案されているが、この場合ノイズの
影響を受け易いという問題がある。
【0004】また、特開平4−264837号公報に記
載のように、位相差検出手段により入力信号と再生クロ
ックの位相差を求め、求めた位相差に対応する位相移動
量を設定手段に設定し、設定した位相移動量だけ同期手
段により再生クロックの位相を変化させるものや、この
ほかPLLの採用などによって、ノイズに強いビット同
期を行うことが考えられているが、上記したように位相
差を求めて再生クロックの位相を変化させる手段とし
て、CPU,タイマ,カウンタなどを備えたマイクロコ
ンピュータが必要になり、これらマイクロコンピュータ
やPLL回路が装置全体の構成の複雑化,大型化やコス
トの上昇を招き、ロジック回路への集積化には適してい
ない。
【0005】ところで、例えば光通信の分野では、高速
伝送,長距離伝送,高感度伝送を実現するために受信部
の入力段に交流結合回路を設けることが行われており、
この交流結合回路は、一般に信号入力の開始当初におい
て出力が遅れ、しかも出力が安定するまでに長時間を要
するという特性があり、このようなシステムにおいてバ
ースト状伝送を実行すると、バースト状受信データの最
初の波形は正しく受信されずに正確に再現することがで
きない。
【0006】そこで、本願出願人が以前提案したよう
に、バースト状データパケットの先頭に、例えば“01
01…”の如く伝送情報を含まないビットパターンのプ
リアンブルを付加し、このプリアンブルの伝送の間に交
流結合回路の安定化を図り、確実なデータ伝送を可能に
することが考えられ(特開平5−110573号公報参
照)、このようなプリアンブルは上記したビット同期の
確立にも利用することができる。
【0007】例えば、特開平4−40126号公報に記
載のように伝送するデータ中の同期フラグを検出するこ
とにより同期確立用クロックを生成し、伝送するデータ
中に付加されたチェックビットをもとに行ったデータ誤
り検出結果より、多段階に位相関係をずらした複数のク
ロックの中から誤りなくデータを取り込める位相のクロ
ックを選択して同期確立を行うことが考えられている
が、誤りなくデータを取り込めるクロック位相には幅が
あり、クロックパルスが必ず受信波形の中央に位置する
とは限らず、確実性の面で問題がある。
【0008】一方、特公昭56−1825号公報には、
送信用の情報データに先立って設けられたプリアンブル
中の“1”または“0”の極性のビット数を計数し、タ
イマによる所定時間内に計数値が予め定められた値に達
したときに同期を確立したと判断することも考えられて
いるが、やはり確実性に欠ける。
【0009】そのほか、特開平1−265740号公報
に記載のように、送信データの前に付加されたビット同
期信号を、そのビット速度の数倍の速度でサンプリング
してビット同期信号の符号変化点を検出し、符号変化点
間に含まれるサンプリング回数とビット同期信号のビッ
ト速度を表わす所定の数との差であるジッターの平均値
を検出し、この平均値を用いてサンプル開始点を設定
し、サンプリングタイマーのサンプリング周期を送信デ
ータのビット速度に等しいか、ほぼ等しく設定してデー
タ信号の中心でサンプリングすることも考えられている
が、ジッターの平均化の対象とするパルス波形に選定基
準がないため、大きく歪んだ波形であっても平均化して
しまい、サンプリング周期がデータ信号の中心からずれ
てしまうおそれがある。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来のビ
ット周期の確立手段では、ノイズにより正確に同期を取
れず、マイクロコンピュータやPLL回路等が必要にな
り、構成の複雑化,大型化さらにはコストの上昇を招
き、同期クロックが必ずデータ波形のビット中央に位置
するとは限らず、確実性が低いという問題がある。
【0011】そこでこの発明は、上記のような問題点を
解消するためになされたもので、ノイズの影響を受けに
くく、構成が簡単で確実に同期を確立できるビット同期
回路を提供できるようにすることを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
データパケットの先頭部に所定のプリアンブルが設けら
れたシリアル通信による受信データとの同期タイミング
を検出して受信クロックパルスを発生するシリアル通信
のビット同期回路において、前記受信データのプリアン
ブルのビットパルスのパルス幅が前記受信データの伝送
速度で規定されるパルス幅に所定の許容誤差を加えた許
容パルス幅内に入っているか否かを検出し入っていると
きに一致パルス信号,入っていないときに不一致パルス
信号をそれぞれ出力するパルス幅検出部と、前記不一致
パルス信号の入力によりリセットされ前記一致パルス信
号をカウントしこの一致パルス信号を連続して所定回カ
ウントしたときに同期確立信号を出力する同期確立部
と、前記同期確立信号により前記受信データのデータフ
レームのビットパルスの中央のタイミングで受信クロッ
クパルスを発生するクロックパルス発生部とを備えたこ
とを特徴としている。
【0013】また、その同期方法として、請求項2記載
のように、前記受信データのプリアンブルのビットパル
スのパルス幅が前記受信データの伝送速度で規定される
許容パルス幅内に入っているか否かを検出し、前記プリ
アンブルのビットパルスのパルス幅が前記許容パルス幅
内に連続して所定回入ったときに同期確立したと判断
し、同期確立後クロックパルス発生部により前記受信デ
ータのデータフレームのビットパルスの中央のタイミン
グで受信クロックパルスを出力するようにすれば効果的
である。
【0014】
【作用】この発明においては、同期確立部によりパルス
幅検出部からの一致パルス信号が連続して所定回カウン
トされると、同期が確立したと判断されて同期確立信号
がクロックパルス発生部に出力され、クロックパルス発
生部により受信データのデータフレームのビットパルス
の中央のタイミングで受信クロックパルスが発生され
る。
【0015】このとき、受信データがノイズを含んでい
ると、パルス幅検出部から一致パルス信号が連続して所
定回出力されることはなく、途中で不一致パルス信号が
出力されるため、ノイズの影響を受けることはない。
【0016】また、従来のようなマイクロコンピュータ
やPLL回路等が不要で、構成の簡素化,小型化が図
れ、安価になり、しかも受信データの安定後のプリアン
ブル波形で直接同期確立するため、同期確立の確実性は
高い。
【0017】
【実施例】図1はこの発明のブロック図、図2は図1の
動作説明図、図3は図1の一部のブロック図、図4は図
3の動作説明図、図5は図1の他の一部のブロック図、
図6は図5の動作説明図、図7は図1のさらに他の一部
の動作説明図である。
【0018】図1に示すように、データパケットの先頭
部に所定のプリアンブルが設けられたシリアル通信によ
る受信データが、データ入力端子Dを介して正,負パル
ス幅検出部1,2に入力され、受信データのプリアンブ
ルのビットパルスのパルス幅が受信データの伝送速度で
規定されるパルス幅に所定の許容誤差を加えた許容パル
ス幅内に入っているか否かが検出され、入っているとき
に一致パルス信号が、入っていないときに不一致パルス
信号がそれぞれ出力される。
【0019】これら両パルス幅検出部1,2は、許容パ
ルス幅に対して十分小さい周期のクロック入力端子Cか
らのクロックパルスにより動作し、両パルス幅検出部
1,2それぞれからオアゲートOR1の入力端に一致パ
ルス信号が出力され、両パルス幅検出部1,2それぞれ
からオアゲートOR2の入力端に不一致パルス信号が入
力される。
【0020】そして、オアゲートOR1の出力は第1の
カウンタ3のクロック端子CKに入力され、オアゲート
OR2の出力は第1のカウンタ3のリセット端子RST
に入力され、第1のカウンタ3はリセット端子RSTへ
の入力によりリセットされてクロック端子CKへの入力
パルスをカウントし、カウント値が予め定められた数
(例えば“5”など)になれば、第1のカウンタ3から
ラッチ4にカウンタパルスが出力され、ラッチ4から同
期確立信号が第2のカウンタ5のイネーブル端子ENに
出力されると同時に第1のカウンタ3のディスイネーブ
ル端子DENに出力される。
【0021】このとき、第1のカウンタ3及びラッチ4
により同期確立部SYNが構成されている。
【0022】そして、第1のカウンタ3はディスイネー
ブル端子DENへの信号入力の間動作を停止する一方、
第2のカウンタ5はイネーブル端子ENへの信号入力の
間動作してそのクロック端子CKへのクロックパルスの
カウントアップを繰り返し、第2のカウンタ5の出力パ
ターンが受信データのデータフレームのビットパルスの
中央のタイミングを示す所定のパターンになったかどう
かが照合部6により照合され、所定パターンになれば照
合部6から波形同期化回路7に受信クロックパルスを出
力するようになっており、第2のカウンタ5及び照合部
6によりクロックパルス発生部CPGが構成され、波形
同期化回路7により受信クロックパルスに基づいて受信
データのデータフレームがサンプリングされる。
【0023】ところで、受信完了或いは受信途中のエラ
ーが図外のリセット回路により検出されると、このリセ
ット回路からラッチ4にリセット信号が出力されてラッ
チ4がリセットされ、ラッチ4から第1のカウンタ3へ
のディスイネーブル端子DEN及び第2のカウンタ5へ
のイネーブル端子ENへの信号の入力が停止されるよう
になっている。
【0024】つぎに、両パルス幅検出部1,2の詳細な
構成について図3を参照しつつ説明する。
【0025】図3に示すように、データ入力端子Dを介
した受信データが、アンドゲート1aの一方の入力端子
に入力され、アンドゲート2aの一方の入力端子に反転
して入力されると同時に、受信データ波形の立上がり及
び立下がりを検出する立下り,立上りエッジ検出部1
b,2bの一方の入力端子に入力され、クロック入力端
子Cを介したクロックパルスが、アンドゲート1a,2
aの他方の入力端子に入力されると同時に、両エッジ検
出部1b,2bの他方の入力端子に入力される。
【0026】そして、両エッジ検出部1b,2bの出力
がそれぞれ2進カウンタ1c,2cのリセット端子に入
力されて2進カウンタ1c,2cがリセットされ、両ア
ンドゲート1a,2aからの入力パルスが2進カウンタ
1c,2cによりそれぞれカウントされ、両カウンタ1
c,2cの出力パターンそれぞれが許容パルス幅に相当
する所定パターンになったかどうかが照合部1d,2d
により照合され、所定パターンになっていれば、照合部
1d,2dからフリップフロップ(以下FFという)1
e,2eの一方の入力端子に照合信号が入力されると共
に、この照合信号を反転した信号がそれぞれFF1f,
2fの一方の入力端子に入力され、各FF1e,1f,
2e,2fの出力から、それぞれの他方の入力端子への
クロックパルスの入力タイミングで一方の入力状態に応
じた信号が出力される。
【0027】さらに、アンドゲート1g,1hの一方の
入力端子にFF1e,1fの出力信号がそれぞれ入力さ
れると共に他方の入力端子に立下りエッジ検出部1bの
出力信号が入力され、同様にアンドゲート2g,2hの
一方の入力端子にFF2e,2fの出力信号がそれぞれ
入力されると共に他方の入力端子に立上りエッジ検出部
2bの出力信号が入力され、アンドゲート1g,2gか
ら一致パルス信号が出力されると共に、アンドゲート1
h,2hから不一致パルス信号が出力されるようになっ
ており、アンドゲート1a,立下りエッジ検出部1b,
2進カウンタ1c,照合部1d,FF1e,1f,アン
ドゲート1g,1hにより正パルス幅検出部1が構成さ
れ、アンドゲート2a,立上りエッジ検出部2b,2進
カウンタ2c,照合部2d,FF2e,2f,アンドゲ
ート2g,2hにより負パルス幅検出部2が構成されて
いる。
【0028】ところで、図3に示す両パルス幅検出部
1,2に図4(a)に示すような波形の受信データS0
及び図4(b)に示すようなクロックパルスS1が入力
されると、アンドゲート1a,2aの出力波形S2,S
3は図4(c),(d)にそれぞれ示すようになり、両
エッジ検出部1b,2bの出力波形S4,S5は図4
(e),(f)にそれぞれ示すようになる。
【0029】そして、両2進カウンタ1c,2cの出力
パターンS6,S7は、例えば図4(g),(h)にそ
れぞれ示すようになり、カウンタ1c,2cのカウント
値が仮に“6”〜“10”の範囲内のときを許容パルス
幅とすると、照合部1d,2dの出力波形S8、S9は
それぞれ図4(i),(j)に示すようになり、この出
力波形S8,S9をそれぞれ反転した照合部1d,2d
の他の出力波形S10,S11はそれぞれ図4(k),
(l)に示すようになり、このとき負のパルス幅が許容
パルス幅に相当するカウント値“6”〜“10”をこえ
るため、アンドゲート1g,2hから図(m)、(n)
に示すような一致パルス信号S12及び不一致信号S1
3が出力される。
【0030】また、クロックパルス発生部CPGは、図
5に示すように複数のフリップフロップからなる2進カ
ウンタである第2のカウンタ5と、照合回路6a及びF
F6bからなる照合部6とにより構成されるが、図6
(a)に示すような波形の受信データS0に対し、図6
(b)に示すようなクロックパルスS1がクロック端子
CKに入力されると、図6(c)に示すようなイネーブ
ル端子ENへの同期確立信号S20によりカウントを開
始する。
【0031】このとき、クロックパルスS1の周波数,
受信データS0の伝送速度や符号方式などの既知の情報
から、受信データS0のビットパルスの中央のタイミン
グで受信クロックパルスを出力するには第2のカウンタ
5のカウント値に基づく出力パターンがどのパターンに
なったときかを求めておき、そのパターンを照合回路6
aに予め設定しておく。
【0032】そして、例えば図6(d)に示すような第
2のカウンタ5のカウント値に対して、図6(e)に示
すように“2”のカウント値に基づく出力パターンを照
合回路6aが検知するようにしておくことにより、図6
(g)に示すようにFF6bから図6(a)に示す受信
データS0のビットパルスの中央のタイミングで受信ク
ロックパルスS21が出力される。
【0033】一方、第2のカウンタ5が所定値までカウ
ントアップすると、図6(f)に示すようなそのときの
第2のカウンタ5自身の出力パルスS22がリセット端
子RSTに入力され、第2のカウンタ5がリセットされ
て、再びカウントを繰り返し、イネーブル端子ENへの
信号S20がアクティブである限り第2のカウンタ5は
フリーランニングの状態で繰り返しカウントし続ける。
【0034】従って、図2(a)に示す波形の受信デー
タS0に対し、受信当初は波形が不安定であるため、図
2(c),(e)にそれぞれ示すように、両パルス幅検
出部1,2から不一致パルス信号S25,S13が出力
され、受信データS0の波形が安定するに連れて、図2
(b),(d)にそれぞれ示すように両パルス幅検出部
1,2から一致パルス信号S12,S26が出力され、
オアゲートOR1を介して図2(b),(d)に示す一
致パルス信号S12とS26との倫理和が第1のカウン
タ3のクロック端子CKに入力され、オアゲートOR2
を介して図2(c),(e)に示す不一致パルス信号S
25とS13との論理和が第1のカウンタ3のリセット
端子RSTに入力される。
【0035】そして、第1のカウンタ3のリセット後に
クロック端子CKに例えば連続して5個の一致パルス信
号が入力されることにより、図2(f)に示すように第
1のカウンタ3からラッチ4にカウンタパルスS27が
出力され、ラッチ4から図2(g)に示すような同期確
立信号S20が第2のカウンタ5のイネーブル端子EN
及び第1のカウンタ3のディスイネーブル端子DENに
出力され、第1のカウンタ3は動作を停止する一方、第
2のカウンタ5はアクティブ状態となり、図2(h)に
示すような受信クロックパルスS21が波形同期化回路
7に出力される。
【0036】ところで、受信完了或いは受信途中のエラ
ーが上記した図外のリセット回路により検出されると、
図2(i)に示すようなリセット信号S29がラッチ4
のリセット端子に入力されてラッチ4がリセットされ、
ラッチ4から第2のカウンタ5のイネーブル端子EN及
び第1のカウンタ3のディスイネーブル端子DENへの
同期確立信号の入力が停止され、最初から同期確立動作
が繰り返される。
【0037】このようにして、図7(a)に示す波形の
受信データS0のデータビットの中央のタイミングで、
図7(b)に示すように照合部6のFF6bから波形同
期化回路7に受信クロックパルスS21が出力される
と、波形同期化回路7によりこの受信クロックパルスS
21により受信データS0のデータフレームのサンプリ
ングが行われ、図7(c)に示すように波形整形された
信号が波形同期化回路7から後段回路に出力されること
になる。
【0038】従って、上記実施例によれば、受信データ
のプリアンブルの受信中に同期確立部SYNにより両パ
ルス幅検出部1,2からの一致パルス信号を連続して所
定回カウントしたときに、同期が確立したと判断して同
期確立信号をクロックパルス発生部CPGに出力し、ク
ロックパルス発生部CPGにより受信データのデータフ
レームのビットパルスの中央のタイミングで受信クロッ
クパルスを発生するため、受信データがノイズを含んで
いても、両パルス幅検出部1,2からの一致パルス信号
は所定回連続せずに途中で不一致パルス信号が出力さ
れ、従来のようなノイズの影響を防止することができ
る。
【0039】また、両パルス幅検出部1,2,同期確立
部SYN,クロックパルス発生部CPGをカウンタや論
理ゲートにより簡単に構成できるため、従来のようにP
LL回路などのアナログ回路やマイクロコンピュータ等
の複雑なデジタル回路が不要となり、構成の簡素化,小
型化を図ることができ、しかも安価になり、さらに誤り
チェックなどの間接的な方法ではなく受信データの安定
後のプリアンブル波形で直接同期確立するため、確実な
同期確立を行うことができ、信頼性,安定性に優れる。
【0040】なお、上記実施例では第1のカウンタ3に
より一致パルス信号を5回連続してカウントしたときに
同期が確立できたと判断する場合について説明したが、
とくに“5”という値に限るものではなく、クロックパ
ルスの周波数や受信データの伝送速度,符号方式等に基
づいて適宜定めればよい。
【0041】また、許容パルス幅の設定値についても、
照合回路6aの設定値“2”についても、これらに限る
ものではなく、詳細な回路構成についても上記実施例に
限定されるものではない。
【0042】
【発明の効果】請求項1及び2記載の発明によれば、受
信データのプリアンブルの受信中に、同期確立部により
パルス幅検出部からの一致パルス信号を連続して所定回
カウントしたときに、同期が確立したと判断し、クロッ
クパルス発生部により受信データのデータフレームのビ
ットパルスの中央のタイミングで受信クロックパルスを
発生するため、受信データがノイズを含んでいる場合に
は、パルス幅検出部から一致パルス信号が所定回連続せ
ずに誤って同期確立と判断されることはなく、ノイズの
影響を防止することができ、しかも受信データの安定後
のプリアンブル波形で直接同期確立することによって、
確実に同期確立することが可能となり、信頼性,安定性
の向上を図ることができる。
【0043】また、請求項3及び4記載の発明によれ
ば、同期確立部,クロックパルス発生部を簡単なカウン
タや論理ゲートにより構成できるため、従来のようなマ
イクロコンピュータやPLL回路等が不要で、構成の簡
素化,小型化が図れ、安価に構成できる。
【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である。
【図2】図1の動作説明図である。
【図3】図1の一部のブロック図である。
【図4】図3の動作説明図である。
【図5】図1の他の一部のブロック図である。
【図6】図5の動作説明図である。
【図7】図1のさらに他の一部の動作説明図である。
【符号の説明】
1,2 正,負パルス幅検出部 3 第1のカウンタ 4 ラッチ S 同期確立部 5 第2のカウンタ 6 照合部 CPG クロックパルス発生部

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 データパケットの先頭部に所定のプリア
    ンブルが設けられたシリアル通信による受信データとの
    同期タイミングを検出して受信クロックパルスを発生す
    るシリアル通信のビット同期回路において、 前記受信データのプリアンブルのビットパルスのパルス
    幅が前記受信データの伝送速度で規定されるパルス幅に
    所定の許容誤差を加えた許容パルス幅内に入っているか
    否かを検出し入っているときに一致パルス信号,入って
    いないときに不一致パルス信号をそれぞれ出力するパル
    ス幅検出部と、前記不一致パルス信号の入力によりリセ
    ットされ前記一致パルス信号をカウントしこの一致パル
    ス信号を連続して所定回カウントしたときに同期確立信
    号を出力する同期確立部と、前記同期確立信号により前
    記受信データのデータフレームのビットパルスの中央の
    タイミングで受信クロックパルスを発生するクロックパ
    ルス発生部とを備えたことを特徴とするシリアル通信の
    ビット同期回路。
  2. 【請求項2】 データパケットの先頭部に所定のプリア
    ンブルが設けられたシリアル通信による受信データとの
    同期タイミングを検出して受信クロックパルスを発生す
    るシリアル通信のビット同期方法において、 前記受信データのプリアンブルのビットパルスのパルス
    幅が前記受信データの伝送速度で規定されるパルス幅に
    所定の許容誤差を加えた許容パルス幅内に入っているか
    否かを検出し、前記プリアンブルのビットパルスのパル
    ス幅が前記許容パルス幅内に連続して所定回入ったとき
    に同期確立したと判断し、同期確立後クロックパルス発
    生部により前記受信データのデータフレームのビットパ
    ルスの中央のタイミングで受信クロックパルスを出力す
    ることを特徴とするシリアル通信のビット同期方法。
  3. 【請求項3】 請求項1記載のシリアル通信のビット同
    期回路において、 前記同期確立部が、カウンタとこのカウンタの出力パル
    スを入力とするラッチとを備えていることを特徴とする
    シリアル通信のビット同期回路。
  4. 【請求項4】 請求項1記載のシリアル通信のビット同
    期回路において、 前記クロックパルス発生部が、カウンタとこのカウンタ
    の出力パターンが所定のパターンになったことを検出す
    る照合部とを備えていることを特徴とするシリアル通信
    のビット同期回路。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116736693A (zh) * 2023-04-13 2023-09-12 西北工业大学宁波研究院 一种利用插值过渡的频率连续特征的cpg相位振荡器模型

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