(57)【要約】【課題】信号伝達手段での信号遅延による影響を抑止し、同期データの送受信を可能とする同期データ通信装置及び通信方法を提供する。【解決手段】マスタ装置１にクロック及びデータの位相を調整できる遅延調整手段１２を設ける。遅延調整手段１２は遅延回路４及び位相検出回路６を有する。位相検出回路６にはクロック発生回路２で発生したクロックとスレーブ装置８から受信した受信クロックを印加する。位相検出回路６で、クロック発生回路２で発生したクロックと受信クロックとの位相差に応じた電圧または電流の出力を取り出し、その出力で遅延回路４を制御する。【選択図】  図１
2004222132.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
マスタ装置とスレーブ装置とを備える同期データ通信装置であって、前記マスタ装置は、クロック発生回路と、送信データ出力回路と、前記クロック及び前記スレーブ装置から受信した受信クロックが印加される位相検出回路と、前記位相検出回路の出力信号で制御され前記クロック発生回路で発生したクロックと送信データ出力回路から取り出した送信データが印加される遅延回路とを備え、前記遅延回路を介して送信された前記クロック及び送信データが伝達される送信伝達手段と、前記送信伝達手段から導出された前記クロック及び送信データを受信し、受信クロック及びスレーブ側データを受信及び出力するスレーブ装置と、前記受信クロック及びスレーブ側データを前記スレーブ装置から前記マスタ装置に伝達する受信伝達手段とを備えた同期データ通信装置。
【請求項２】
遅延回路はクロックと受信クロックとの位相差を少なくとも前記クロックの１周期の期間連続的に調整することを特徴とする請求項１記載の同期データ通信装置。
【請求項３】
マスタ装置とスレーブ装置との間でデータの授受を行う通信方法であって、前記マスタ装置は、クロックと送信データを発生し、前記発クロック及び送信データは位相検出回路及び遅延回路とを備えた遅延調整手段を介して前記スレーブ装置に送信伝達手段を介して送信され、前記位相検出回路の一方には前記クロックが印加され、前記位相検出回路の出力によって前記遅延回路を制御し、前記遅延回路の入力信号として前記クロックを印加し、前記スレーブ装置は前記クロック及び前記送信データを受信してそれぞれ受信クロック及びスレーブ側データを生じさせ、前記受信クロックは受信伝達手段を介して前記位相検出回路の他方の入力として印加され、スレーブ側データは送信データ受信回路に帰還され、前記遅延調整手段によって、前記クロック及び前記受信クロック間の位相差が調整されることを特徴とする同期データ通信方法。
【請求項４】
クロック及び受信クロックの位相差は前記クロック周期の整数倍に調整することを特徴とする請求項３記載の同期データ通信方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はマスタ装置と、マスタ装置に同期して作動するスレーブ装置とを備え、これらマスタ装置とスレーブ装置との間でクロック及びデータの授受（送信・受信・返信）を行うにあたりクロック及びデータが信号伝送経路で生じる遅延時間を調整する位相調整手段をマスタ装置側に備えた同期データ通信装置及びそれを用いた通信方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
マスタ装置及びスレーブ装置を備えた通信装置は、たとえば、特開平８−１５４０８８号公報（特許文献１）に紹介されている。図５は特許文献１に示された位相調整回路を示す。図５において、マスタ装置１０１は、マスタ送受信部１０３、受信フレーム生成部１０４、位相比較部１０５及びクロック乗せ替え部１０６を備える。また、スレーブ装置１０２はスレーブ送受信部１０７を備える。マスタ送受信部１０３からスレーブ装置１０２へ送信クロック信号Ｓ１１及び送信フレームＳ１２が出力され、それとともに送信データＳ１３が送信される。
【０００３】
スレーブ装置１０２には、マスタ装置１０１からの送信データ信号に応じた受信データ信号を出力するスレーブ送受信部１０７が設けられている。なお、受信クロックＳ２１はマスタ装置１０１の送信クロック信号Ｓ１１にリタイミングしている。また、マスタ装置１０１に設けられた位相比較部１０５は、受信フレーム生成部１０４にて発生され、スレーブ装置１０２に出力された受信フレームＳ２２がスレーブ装置１０２から折り返し送信されてきても同期を維持できるようにスレーブ装置１０２から基準フレームＳ３２としてフィードバックする構成とされている。また、スレーブ送受信部１０７から、送信データＳ１３に応じた受信データＳ２３が受信クロックＳ２１とともにマスタ装置１０１へ送信される。
【０００４】
また、マスタ装置及びスレーブ装置を備えた通信装置は、特開２００２−３１８６３８号公報（特許文献２）に紹介されている。特許文献２を参照すると、マスターデバイス（第１の回路ブロック）とスレーブデバイス（第２の回路ブロック）との間でデータの授受を行うにあたり、第１の回路ブロックにクロック信号の位相を制御する帰還形位相補償器を備え、第１の回路ブロックと第２の回路ブロックとの間の信号伝達経路での遅延時間を補償させる情報処理装置及び半導体集積回路が紹介されている。
【０００５】
特許文献１及び２はいずれもマスタ装置側にマスタ装置とスレーブ装置との間の信号伝達の位相を補償する手段を備えることで共通する。
【０００６】
図６は、位相補償手段を設けないときの回路動作と要部における信号波形を説明するための同期データ通信装置を示す。また、本願発明に至る過程の通信装置の概要図を示す。この通信装置は具体的には複数の集積回路の組合せによって同期データ通信装置を構成している。
【０００７】
図６において、１はマスタ装置、２はクロック発生回路、３は送信データ出力回路、５はマスタ側データ受信回路、７は送信伝達手段、８はスレーブ装置、９はスレーブ側データ受信回路、１０は受信データ出力回路、１１は受信伝達手段である。
【０００８】
また、符号Ａ、Ｃ及びＤはクロックまたはデータが生じる主な信号ラインを示す。
【０００９】
図７は図６の信号ラインＡ、Ｃ及びＤにそれぞれ生じるクロック及びデータを表す。図７、信号ラインＡは送信データ出力回路３の出力側から取り出されるクロック及びデータを表す。同様に図７、信号ラインＣは送信伝達手段７の出力側から取り出されたクロック及びデータであり、また、スレーブ装置８のスレーブ側データ受信回路９に入力されるクロック及びデータでもある。
【００１０】
図７、Ｄは受信伝達手段１１の出力側から取り出されるとともに、マスタ側データ受信回路５に入力されるデータを表す。図７、信号ラインＡに示したクロックはその時間（周期）がＴｃｋをもって繰り返される連続波に設定することができる。また、Ｄ１〜Ｄ３で表示したデータが存在していることを表している。データＤ１〜Ｄ３はクロックに同期している。
【００１１】
図７、信号ラインＣは、信号ラインＡの信号に対して、時間Ｔ１の遅れが生じていることを表している。この遅れ時間Ｔ１はおもに送信伝達手段７によって生じる。図７、信号ラインＤはマスタ側データ受信回路５に入力されるデータを示す。信号ラインＤに示したデータは、スレーブ装置８から受信伝達手段１１を介してマスタ装置１まで返信されてきた、いわば同期データ通信装置を循環してきたデータである。その遅延時間は信号ラインＣに生じるものよりも、Ｔ２で表示した時間だけ遅延することになる。したがって、マスタ装置１から送信したときの信号ラインＡからみると、（Ｔ１＋Ｔ２）の時間遅れたものとなる。
【００１２】
【特許文献１】
特開平８−１５４０８８号公報
【特許文献２】
特開２００２−３１８６３８号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明したように従来の同期データ通信では、マスタ装置とスレーブ装置との間の信号伝送手段において信号遅延が生じ、マスタ装置から送信したデータとクロックは信号伝達手段を介し遅延されてスレーブ装置に到達する。このときその遅延したクロックを基準として、スレーブ装置のデータ出力回路から出力されたデータが再度信号伝達手段を介してマスタ装置のデータ受信回路に入力されるため、マスタ側データ受信回路ではデータとクロックの位相がずれており、正常なデータが受信できないという不都合が生じる。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の同期データ通信装置は、上記の不都合を排除するために、マスタ装置とスレーブ装置とを備える同期データ通信装置であって、前記マスタ装置は、クロック発生回路と、送信データ出力回路と、前記クロック及び前記スレーブ装置から帰還された受信クロックが印加される位相検出回路と、前記位相検出回路の出力信号で制御され前記クロック発生回路で発生したクロックと送信データ出力回路から取り出した送信データが印加される遅延回路とを備え、前記遅延回路を介して送信された前記クロック及び送信データが伝達される送信伝達手段と、送信伝達手段から導出された前記クロック及び送信データを受信し、受信クロック及びスレーブ側データを受信及び出力するスレーブ装置と、前記受信クロック及びスレーブ側データを前記スレーブ装置から前記マスタ装置に帰還させる受信伝達手段とを備えた同期データ通信装置である。
【００１５】
これによって、マスタ装置からスレーブ装置にクロック及びデータを送信する送信伝達手段で生じる信号遅延と、スレーブ装置からマスタ装置に返信される受信伝達手段での両者の信号遅延を調整することができるので、信号遅延に回路機能の影響を排除することができる。
【００１６】
また本発明の同期データ通信方法は、マスタ装置とスレーブ装置との間でデータの授受を行う通信方法であって、前記マスタ装置は、クロックと送信データを発生し、前記発生されたクロック及び送信データは位相検出回路及び遅延回路とを備えた遅延調整手段を介して前記スレーブ装置に送信伝達手段を介して送信され、前記位相検出回路の一方には前記クロックが印加され、前記位相検出回路の出力によって前記遅延回路を制御し、前記遅延回路の入力信号として前記クロックを印加し、前記スレーブ装置は前記クロック及び前記送信データを受信してそれぞれ受信クロック及びスレーブ側データを生じさせ、前記受信クロックは受信伝達手段を介して前記位相検出回路の他方の入力として印加され、スレーブ側データは送信データ受信回路に帰還され、前記遅延調整手段によって、前記クロック及び前記受信クロック間の位相差が調整される同期データ通信方法である。
【００１７】
これによって、マスタ装置からスレーブ装置にクロック及びデータを送信する送信伝達手段で生じる信号遅延と、スレーブ装置からマスタ装置に返信される受信伝達手段での両者の信号遅延を調整することができるので、信号遅延によって生じる回路機能の低下を排除することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１９】
図１は、本発明の一実施の形態に係るクロック同期通信装置を示す。図１において、１はマスタ装置、２はクロック発生回路、３は送信データ出力回路、４は遅延回路、５はマスタ側データ受信回路、６は位相検出回路、７は送信伝達手段、８はスレーブ装置、９はスレーブ側データ受信回路、１０は受信データ出力回路、１１は受信伝達手段、１２は遅延調整手段であり遅延回路４と位相検出回路６を備える。
【００２０】
マスタ装置１はクロック発生回路２を備える。クロック発生回路２はマスタ装置１とスレーブ装置８と間での信号授受（送信・受信・返信）を同期させるために設けられている。これによって、スレーブ装置８はマスタ装置１に同期して作動する。なお、以降の説明において、「信号」なる語句は、クロック及びデータの両者を含むものとして用いる。
【００２１】
クロック発生回路２で発生したクロックは送信データ出力回路３に印加される。これによって、送信データ出力回路３で生成した各種情報（データ）がクロックに同期する。送信データ出力回路３から導出したデータは遅延調整手段１２を構成する遅延回路４の一方の入力として印加される。遅延回路４の他方の入力にはクロック発生回路２で発生したクロックを印加する。クロック発生回路２で発生したクロックはマスタ側データ受信回路５にも印加する。また、クロック発生回路２で発生したクロックは遅延調整手段１２を構成する位相検出回路６の一方の入力として印加される。位相検出回路６の他方の入力にはスレーブ装置８から受信した受信クロックが受信伝達手段１１を介して印加される。したがって、位相検出回路６の入力側にはクロック発生回路２で発生したクロック及び、マスタ装置１、送信伝達手段７、スレーブ装置８及び受信伝達手段１１を経由してきた受信クロックが印加される。こうして位相検出回路６において、クロック及び受信クロックの両者の位相差が検出される。
【００２２】
位相検出回路６において、クロックと受信クロックとの間に生じた位相差が比較されると、その差分のアナログまたはデジタル値の出力電圧また出力電流が位相検出回路６の出力側から導出される。その差分の出力電圧または電流によって遅延回路４において遅延時間が調整、制御される。位相調整、制御を受けた信号は遅延回路４から出力され、送信伝達手段７を介してスレーブ装置８のスレーブ側データ受信回路９に送信される。また、スレーブ装置８には受信データ出力回路１０が設けられている。受信データ出力回路１０はマスタ装置１に対して、受信データ及び受信クロックを返信する。
【００２３】
受信データ出力回路１０から出力された信号（クロック及びデータ）は受信伝達手段１１を介して、受信クロックは位相検出回路６に、データはマスタ側データ受信回路５に返信、供給される。
【００２４】
図２に表した信号ラインＡ、Ｂ、Ｃ及びＤは図１の信号ラインＡ、Ｂ、Ｃ及びＤそれぞれに生じる信号に対応する。なお、以降の説明において用いる「信号」は前にも記述したが「クロック」及び「データ」の両者を含むものとして定義される。
【００２５】
図２、信号ラインＡは送信データ出力回路３の出力側、すなわち信号ラインＡに生じる信号である。クロックは周期Ｔｃｋで繰り返えされる連続したパルスである。このクロックにデータＤ１〜Ｄ３が同期し、これらのデータはマスタ装置１からスレーブ装置８に対して伝達されるあらかじめ定められた情報を所有している。
【００２６】
図２、信号ラインＢは遅延回路４、すなわち、マスタ装置１の出力側である信号ラインＢから出力されると、送信伝達手段７の入力側に供給される。信号ラインＢに生じる信号は、遅延回路４において遅延時間を調整、制御することで、信号ラインＡとＢとの間の位相差を零に設定することができる。
【００２７】
図２、信号ラインＣは送信伝達手段７の出力側、すなわちスレーブ装置８の入力側に供給される信号ラインＣの信号（クロック及びデータ）を表す。信号ラインＣに生じる信号は、信号ラインＡに生じる信号は、信号ラインＡに発生するそれよりもＴ１の時間遅延したものになる。この遅延時間Ｔ１は送信伝達手段７によってもたらされる。
【００２８】
信号ラインＤに生じる信号は信号ラインＣに生じるそれよりもさらに時間Ｔ２だけ遅延する。この遅延時間Ｔ２は受信伝達手段１１で主に生じる。
【００２９】
これらの遅延時間Ｔ１とＴ２は信号伝達手段７、１１の方式や、周囲温度などの影響を一般的に受けやすい。また、本発明の同期データ通信装置が作動している間でも変化することがありうる。このため、本発明のデータ通信装置の設計時点で遅延時間Ｔ１及びＴ２を決定し、調整しても最終的には再調整が生じることを是認しなければならない。
【００３０】
いずれにしても本発明の同期データ通信装置は、マスタ装置１に設けた遅延調整手段１２（遅延回路４及び位相検出回路６）において、マスタ装置１のクロックと受信クロックの位相差が連続的にしかも所定の遅延時間（周期）の範囲に調整できるように遅延回路４及び位相検出回路６の回路構成及びそれらの回路定数を設定すれば、本発明の同期データ通信装置が作動中でも動的に遅延時間量を変化させることができる。遅延回路４はたとえば、Ｄフリップフロップで構成することができる。遅延時間の調整、制御はＤフリップフロップのＣＲの定数を調整することで得られる。位相検出回路６はアナログ方式かデジタル方式を選択することができる。デジタル方式はＮＡＮＤ回路やＯＲ回路などを組み合わせて構成することができる。
【００３１】
なお、図２は信号ラインＡとＢに生じる信号の位相差を零に調整したタイミングチャートを表している。しかし、信号ラインＣ及びＤに生じる信号と、信号ラインＡとの間には所定の位相差に調整されていないものを示したことを理解されたい。信号ラインＡと信号ラインＤとの間の遅延時間（周期）を所定の値に設定する通信方法は以降の説明で明らかにする。
【００３２】
図３は、図１に示した本発明の同期データ通信装置を用い、位相検出回路６において、遅延回路４の遅延時間Ｔｄ１に調整した後のタイミングチャートを表す。すなわち、信号ラインＢの遅延時間を信号ラインＡよりもＴｄ遅延させることによって、信号ラインＣでの遅延時間は信号ラインＢよりもＴ１遅延し、さらに信号ラインＤにおいては信号ラインＣよりもＴ２遅延している状態を表している。この結果、信号ラインＤにおいては信号ラインＡに生じる信号よりも（Ｔｄ１＋Ｔ１＋Ｔ２）の時間だけ遅延し、その遅延期間が、クロックＴｃｋと等しい値に調整したこと表している。すなわち、Ｔｃｋ＝Ｔｄ１＋Ｔ１＋Ｔ２になるように遅延調整手段１２が調整したことを表している。
【００３３】
これによって、信号ラインＤに発生する信号は信号ラインＡに比べると、１クロックの時間、遅延することになるが、これらの遅延時間は１クロック分と等しいので、スレーブ装置１とマスタ装置８とはみかけ上同期して状態として取り扱うことができる。
【００３４】
すなわち、信号ラインＡと、信号ラインＤとの間に生じる遅延時間が、１クロックの時間Ｔｃｋ以下である場合は遅延時間調整手段１２を遅延時間をが、Ｔｃｋと等しくなるように調整すればよい。
【００３５】
図４は図１に示した本発明の同期データ通信装置を用いて、遅延時間をクロックＴｃｋの２倍に調整した本発明のもう１つの調整方法を表す。前にも述べたように、マスタ装置１から送信した信号がスレーブ装置８で受信され、さらにスレーブ装置８からマスタ装置１に返信されるまでの総遅延時間は、主に送信伝達手段７及び受信伝達手段１１の電気的特性やそれらが設置されている周囲温度等の影響を受けやすい。したがって、総遅延時間が１クロック時間Ｔｃｋを越える状況もある。そこで図４に示したタイミングチャートは、最終の調整時に信号ラインＤに生じる信号を信号ラインＡの２・Ｔｃｋだけ遅延させた状態を表している。
【００３６】
このような場合は、信号ラインＢに生じる信号を信号ラインＡに生じるそれよりもＴｄ２だけ遅延させるように設定する。この遅延時間Ｔｄ２は図３に示した遅延時間Ｔｄ１よりも大きく設定されていることに注目されたい。
【００３７】
なお、図４は信号ラインＤにおける総遅延時間は信号ラインＡよりも、２倍のクロック時間、すなわち、Ｔｄ２＋Ｔ１＋Ｔ２＝２・Ｔｃｋになるように遅延時間調整手段１２を調整した。しかし、さらにクロック時間（周期）Ｔｃｋの３倍、４倍と言う具合に、２倍を越える整数倍に調整することも容易である。すなわち、遅延回路４のＣＲの時定数の可変範囲を大きく設定すればよい。
【００３８】
このように遅延時間をクロックの時間（周期）の整数倍に調整できるようにしておけば、マスタ装置１とスレーブ装置８とは見かけ上同期させることができる。この場合、マスタ装置１で受信するデータが数クロック分遅れてしまうことになるが、あらかじめ内容の分かっているデータを受信して遅延するクロック数を調べておくことにより、マスタ装置１の回路で必要なクロック数データが遅延しているものとして処理することが可能であるから、遅延時間がクロックの１周期時間Ｔｃｋを大きく超える場合でも、同期データとして動作可能である。
【００３９】
【発明の効果】
本発明の同期データ通信装置及び通信方法は、特に信号伝達手段で生じる遅延時間が問題となり同期クロックによるデータの受信が困難な状態におかれても、受信データのクロックの位相がマスタ装置のクロックと揃うように遅延回路の遅延時間を調整することによりマスタ装置、スレーブ装置及び信号伝達手段で生じる信号の遅延時間を調整、補償することができる、同期データ通信装置及び通信方法を提供することができるから、その工業的な価値は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る同期データ通信装置を示すブロック図
【図２】本発明の一実施の形態に係る同期データ通信装置を用いてクロック及びデータの位相が調整されたタイミングチャート
【図３】本発明の一実施の形態に係る同期データ通信装置を用いてクロック及びデータの位相が調整された他のタイミングチャート
【図４】本発明の一実施の形態に係る同期データ通信装置を用いてクロック及びデータの位相が調整されたもう１つの他のタイミングチャート
【図５】従来の同期データ通信装置の一例を示す図
【図６】従来の同期データ通信装置の他の例を示す図
【図７】図６に示した従来の同期データ通信装置の要部におけるタイミングチャート
【符号の説明】
１  マスタ装置
２  クロック発生回路
３  送信データ出力回路
４  遅延回路
５  送信データ受信回路
６  位相検出回路
７  送信伝達手段
８  スレーブ装置
９  スレーブ側データ受信回路
１０  受信データ出力回路
１１  受信伝達手段
１２  遅延調整手段
Ａ〜Ｄ  信号ライン
【図１】
2004222132.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2004222132.tif 000008
【図７】
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