(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マスターノードと複数のスレーブノードが光信号を伝送する光分波器を含む伝送路を介して接続された信号伝送システムであって、マスターノードとスレーブノード間のタイミング調整時に、データ伝送時に比べて無調整で伝送が確立できる低速のタイミング調整シーケンスが用いられ、前記タイミング調整シーケンスでは、前記マスターノードから前記スレーブノード側に低速のタイミング調整コマンドが伝送路を介して送出され、続いて高速のタイミング調整パターンデータ、およびフレーム信号が同じ伝送路を介して送出され、前記スレーブノードは前記マスターノードから前記低速のタイミング調整コマンドを受信して前記マスターノードとの通信状態を確立させたのち、前記高速のタイミング調整パターンデータを受信し、同じく受信した前記フレーム信号を用いてタイミング調整を行うことを特徴とする信号伝送システム。
【請求項２】
前記タイミング調整コマンドが、データ伝送時に逓倍される前の源信号の周波数を伴うことを特徴とする請求項１記載の信号伝送システム。
【請求項３】
光信号を伝送する光分波器を含む伝送路を介して接続されたマスターノードとスレーブノード間のタイミング調整方法であって、データ伝送時に比べて無調整で伝送が確立できる低速のタイミング調整シーケンスを導入し、前記タイミング調整シーケンスでは、前記マスターノードから前記スレーブノード側に低速のタイミング調整コマンドが伝送路を介して送出され、続いて高速のタイミング調整パターンデータ、およびフレーム信号が同じ伝送路を介して送出され、前記スレーブノードは前記マスターノードから前記低速のタイミング調整コマンドを受信して前記マスターノードとの通信状態を確立させたのち、前記高速のタイミング調整パターンデータを受信し、同じく受信した前記フレーム信号を用いてタイミング調整を行うことを特徴とするタイミング調整方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、マスターノードと複数のスレーブノード間で伝送路を介して信号の送受信を行う信号伝送システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年半導体集積化技術の向上により、ＬＳＩのデータ処理速度が飛躍的に速くなってきた。これに伴い、半導体集積回路を実装する配線基板に対して、信号伝送能力向上が求められている。特に最近ではパーソナルコンピュータにおいても、上位機種にあたるサーバタイプのシステムにおいては高速ＣＰＵチップを複数備える、いわゆる並列処理アーキテクチャが採用されている。並列処理アーキテクチャ技術に関しては、例えば「天野英晴、並列コンピュータ、昭晃堂、ｐｐ．６−１３」に記載されている。これによると、ＣＰＵなどデータ処理を行うモジュールを複数含むシステムを構成する場合、モジュール間の結合方法はバス結合型、スイッチ結合型、結合網型に分類される。このうちバス結合型は、多数のモジュールの結合には適さないが、他に比べて構造がシンプルであり、ハードウェア量が少ない、拡張性にも優れるといったメリットがある。パーソナルコンピュータを始めとする商用の計算機や、ページプリンタ等の計算機応用製品において多く用いられている。
【０００３】
並列処理システムのモジュール間結合部の実装においては、多数の接続コネクタと配線を必要とするため、配線の多層化や微細化による通信能力や配線密度の向上が計られてきた。しかし、配線間容量や接続配線抵抗に起因する信号遅延や伝送波形の歪みにより、限界に達しつつある。また動作速度の上昇により電磁ノイズ（ＥＭＩ：Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ）も大きな問題となる。
【０００４】
このようにデータ処理装置の処理能力は、しばしば配線基板のバスの伝送能力によって制限されるようになってきた。そこで電気式バスの限界を打破するために、光インターコネクションと呼ばれる、システム内光接続技術を用いることが検討されている。光インターコネクション技術の概要は、「内田禎二、第９回回路実装学術講演大会、１５Ｃ０１、ｐｐ．２０１〜２０２」や「Ｈ．Ｔｏｍｉｍｕｒａ，ｅｔ ａｌ、“Ｐａｃｋａｇｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｓ”、ＩＥＥＥ Ｔｏｋｙｏ、Ｎｏ．３３、ｐｐ．８１〜８６、１９９４」、「和田修、エレクトロニクス１９９３年４月号、ｐｐ．５２〜５５」に記載されている様に、システムの構成内容により様々な形態が提案されている。この技術によれば、電気式以上の高周波動作が可能でありながら電磁ノイズが低減できること、バス信号線の物理的な結線が不要となること、波長や強度等を用いた多重化により伝送バンド幅を拡張できること、同時双方向通信が可能である、といったメリットがある。この種の技術で光ファイバを用いたものが、例えば特開１０−９８４３９号公報に開示されている。
【０００５】
一方、空間光伝送技術は光ファイバによる伝送技術と異なり、多ポート間の同時通信を可能とするため、上述のバス結合型の並列処理アーキテクチャとの整合性がよい。関連する技術が特開平１０−１２３３５０号公報に記載されている。この技術は平板型の導光路の端面に設置されたポート間での光通信を実現するものであり、入射信号光を拡散して対向する端面に伝送し、ブロードキャスト通信を実現する。多重伝送を用いることにより、複数の独立なブロードキャスト通信が同時に実行される。
【０００６】
このような空間光伝送を応用した信号伝送システム技術としては、信号間の伝送スキューの問題を緩和し、かつ伝送路の数を削減するために、複数の電気信号線を並列直列変換して得られるシリアル信号を光化し、空間光伝送媒体を介して伝送するシステムが提案されている。特にここでは送信ノードから受信ノードに対して、データ信号とフレーム信号のみを伝送し、クロック信号を伝送しない方式とされている。フレーム信号とは電気信号線の伝送周波数を表し、クロック信号とは並列直列変換後に得られるシリアル信号の伝送周波数を表す。クロック信号は受信ノードにおいてシリアル信号をラッチするために必要であるが、ここでは受信されたフレーム信号からＰＬＬ（Ｐｈａｓｅ Ｌｏｃｋｅｄ Ｌｏｏｐ）回路等の手段によって周波数を逓倍し、クロック信号を自動生成する。この結果、特に光伝送において高周波となるクロック信号を伝送する必要が無くなり、伝送路を構成する光学部品、回路部品に必要な伝送帯域を狭められ、伝送システムを容易に実現することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この種の信号伝送システムにおいて、マスターノードと複数のスレーブノード間が高速のシリアル伝送路を介して接続されている場合、両ノード間でデータの送受信を行うためにタイミング調整が行われる。この際、マスターノードと各スレーブノード間で個々にタイミング調整を行っており、スレーブノードの切り替えにミリ秒オーダーの時間を要し、切り替えが遅すぎるという問題がある。
【０００８】
本発明の目的は、伝送路で接続されたノード間のタイミング調整を円滑に行うことができる信号伝送システムを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、マスターノードと複数のスレーブノードが伝送路を介して接続された信号伝送システムであって、マスターノードとスレーブノード間のタイミング調整時に、データ伝送時に比べて低速のタイミング調整シーケンスが用いられる信号伝送システムによって達成される。
ここでタイミング調整シーケンスは、高速のタイミング調整パターンデータに先立って送出される低速のタイミング調整コマンドを含むことができる。またタイミング調整コマンドは、タイミング調整パターンデータと同じ伝送路に送出されることができ、さらにデータ伝送時に逓倍される前の源信号の周波数を伴うことができる。
【００１０】
また、本発明に係るタイミング調整方法は、伝送路を介して接続されたマスターノードとスレーブノード間のタイミング調整方法であって、データ伝送時に比べて低速のタイミング調整シーケンスを導入してタイミング調整動作を行うものである。
このように構成することにより、伝送路で接続されたノード間のタイミング調整を円滑に行うことができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明が適用される信号伝送システムの一構成例を示す図である。本例では、図示のように、マスターノード１０と複数のスレーブノード１、２、３が伝送路４を介して接続されている。伝送路４は例えば光ファイバを用いて構成され、伝送路中には光分波器５と光合波器６が配置されている。
【００１２】
マスターノード１０は、光信号を送信する送信部１１と光信号を受信する受信部１２とを備える。スレーブノード１も同様に、それぞれ光信号を送信する送信部１３と光信号を受信する受信部１４とを備える。スレーブノード２、３もそれぞれスレーブノード１と同様の構成を有する。
【００１３】
光分波器５は光信号の入射ポート１つと、出射ポート３つを備えている。入射ポートからの光信号入射に対して、各出射ポートにおいて同様の光量の光信号が得られるように導光路を構成する。光分波器５としては例えばスターカプラなどを用いることができ、また特開平１０−１２３３５０号公報や特開平１０−１２３３７４号公報に記載された光バスを用いることもできる。これらの光バスは、シート状の光伝送媒体の内部または入射端面で信号光を拡散することによって、出射端面において一様な光強度レベルの信号光を得るものである。
【００１４】
光合波器６は光信号の入射ポート３つと、出射ポート１つを備えている。いずれの入射ポートから光信号が入射されても、出射ポートにおいて同様の光量の光信号が得られるように導光路を構成する。光合波器６としては上述の光分波器５と同様にスターカプラや光バスを用いることができる。
【００１５】
より具体的な光分波器５の例として、図２に１×８の光分光器を示す。この光分波器５は、例えば、厚さ０．５ｍｍ、幅４ｍｍ、長さ２０ｍｍで屈折率が１．４９の透光性の光シート５１の一端に、入射光の拡散角が０．２×４０°の透過拡散部５２が設けられており、これに入力側に１本、出力側に８本のプラスチックあるいは石英光ファイバ５６（φ０．５ｍｍ、ＮＡ０．５）を、アルミ等の金属やアクリル等の基板５３上に、図示するように配置して構成される。このような配置とすると信号の入出力を同一の方向から行うことが可能となるため装置の小型化が可能となる。ここで光ファイバ５６と光シート５１あるいは光拡散部５２との間の接続をファイバの突き当てで構成した場合、複数本ある光ファイバの端面でのファイバ突出量にばらつきが生じる。このため光シートあるいは拡散部端面と各光ファイバの間隙にばらつきが生じ、広い間隙となってしまった光ファイバでの伝送損失が増加する恐れがある。このため、間隙に透光性の樹脂を充填することが望ましく、紫外線硬化性や熱硬化性のエポキシ樹脂等や、軟弾性の透光性樹脂を用いることができる。なお間隙周辺あるいはシート全体や基板全体を封止してもよい。このとき樹脂は光ファイバ及び光シートに対し屈折率整合された材料を選択するのが望ましい。なお、本光分波器の入力側を出力側に、出力側を入力側とし、光拡散部を光シート５１の入射ポート側端面に設けることで、光合波器６として適用することができる。
【００１６】
このように構成された信号伝送システムにおいて、マスターノードとスレーブノード間で高速のデータ伝送を行う際に、両ノード間でタイミング調整が行われる。この場合のタイミング調整時に、本発明では、データ伝送時に比べて低速のタイミング調整用シーケンスが用いられる。このタイミング調整シーケンスでは、マスターノード１０からスレーブノード側に低速のタイミング調整コマンドが伝送路を介して送出される。続いて、高速のタイミング調整パターンデータ、およびフレーム信号が同じ伝送路を介して送出される。ここで送出されるタイミング調整コマンドは低速であり、データ伝送時に逓倍される前の源信号の周波数を有する。例えば、源信号が５０ＭＨｚでパラレル１０ビット入力の時、１０逓倍のシリアル伝送速度は５００ＭＨｚなので、タイミング調整時には５０ＭＨｚの低速でコマンドが送出される。
以下、本発明に係るタイミング調整動作をさらに詳細に説明する。
【００１７】
図３は、スレーブノード側のタイミング調整動作の一例を示すフローチャートである。図のように、スレーブノード側のタイミング調整は、開始直後、ステップ３１にてスレーブノードＩＤ＝０とされる。そしてステップ３２にてＩＤ＝ＩＤ＋１とされ、タイミング調整の対象ノードとして、例えばスレーブノード１が選択される。スレーブノード１は、ステップ３３にてマスターノード１０から低速のコマンドを受信し、マスターノード１０との通信状態を確立させたのち、ステップ３４にて高速のパターンデータを受信する。そして同じく受信したフレーム信号を用いて低速で、ステップ３５にてタイミング調整を行う。一回で調整がとれないときはタイミング調整を繰り返し行う。このタイミング調整は例えば次のようにして行われる。
【００１８】
図４はフレーム信号の位相をずらすことによりタイミング調整を行う例を示す図であり、（ａ）はパターンデータ、（ｂ）はクロック信号、（ｃ）はフレーム信号を示す。スレーブノード１は、クロック信号より低速のフレーム信号を図中の矢印方向に例えば１００ｐｓ単位でずらして、パターンデータが正しく受信できるような最適な位相を選択する。即ち、位相８分割の全てについてパターンデータの受信状況を試して一番いいタイミングをとって、その位相で固定する。
【００１９】
タイミング調整がとれた場合は、このタイミング調整を行ったスレーブノードＩＤが設定値に合致するかどうかをステップ３６にて判断し、ＩＤが設定値に合致しない場合はステップ３２に戻って、別のスレーブノードＩＤに対して上記と同様なタイミング調整を行う。ＩＤが設定値に合致した場合は終了とされる。
【００２０】
図５は、マスターノード側のタイミング調整動作の一例を示すフローチャートである。図のように、マスターノード側のタイミング調整は、開始直後はステップ４１にてスレーブノードＩＤ＝０とされる。そしてステップ４２にてＩＤ＝ＩＤ＋１とされ、タイミング調整の対象ノードとして、例えばスレーブノード１が選択される。マスターノード１０は、ステップ４３にてスレーブノード１に低速のコマンドを送出し、スレーブノード１との通信状態を確立させたのち、ステップ４４にて高速のパターンデータを送出する。そして、ステップ４５にてタイミングがとれたかどうかを判断するため、スレーブノード１からのパターンデータの受信を試みる。その結果、ステップ４６にてパターンデータを受信できたらＯＫを、受信できなかったらＮＧをスレーブノード１に返信する。このタイミング調整はステップ４７にて例えば次のようにして行われる。
【００２１】
図６はパターンデータの位相をずらすことによりタイミング調整を行う例を示す図であり、（ａ）はパターンデータ、（ｂ）はクロック信号、（ｃ）はフレーム信号を示す。スレーブノード１は、パターンデータの位相を図中の矢印方向にずらして、それをマスターノード１０に送信する。これを例えば位相８分割の全てについて行うため、ステップ４７からステップ４３に戻って上記処理を繰り返す。スレーブノード１は、マスターノード１０からＯＫを受信したときの位相を記録する。これらの処理がスレーブノード１について終了したときは、続いて、ステップ４８からステップ４２に戻り、順次別のスレーブノード２、３・・・について上記と同様なタイミング調整を行う。これらの処理が全スレーブノードについて終了したとき、本タイミング調整動作は終了する。
【００２２】
なお、マスターノード１０がタイミング調整コマンドを送出したのち一定時間応答がなかった場合、またはタイミング調整ができなかったときは、上位のチップにエラーを出力する。
【００２３】
以上のとおり、本発明では、高速伝送（例えば５００ＭＨｚ）可能なマスターノードとスレーブノード間に、無調整で伝送が確立できる程度の低速（例えば５０ＭＨｚ）でのタイミング調整用のシーケンスを予め導入し、マスターノードと当該スレーブノード間でタイミング調整を行う。そして高速通信可能となった後に、別のスレーブノードに切り替える際は、タイミング調整せずに、先のスレーブノードが確立したタイミングに合わせて別のスレーブノードが伝送を行うように構成することができる。これは、クロック信号がいわゆる光シートバスのような光分波器を用いて複数に分岐されているので、これにより先のスレーブノードで確立したタイミングを後続のスレーブノードが知ることができるからである。したがって、従来のようにマスターノードと各スレーブノード間で個々にタイミング調整を行う必要がなく、スレーブノードの切り替えを高速に行うことが可能となる。また、タイミング調整のために新たな伝送路を確保しなくても実行できるようになる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、伝送路で接続されたノード間のタイミング調整を円滑に行うことができる信号伝送システムを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用される信号伝送システムの一構成例を示す図である。
【図２】光分波器の一例を示す図である。
【図３】スレーブノード側のタイミング調整動作の一例を示すフローチャートである。
【図４】フレーム信号の位相をずらすことによりタイミング調整を行う例を示す図であり、（ａ）はパターンデータ、（ｂ）はクロック信号、（ｃ）はフレーム信号を示す。
【図５】マスターノード側のタイミング調整動作の一例を示すフローチャートである。
【図６】パターンデータの位相をずらすことによりタイミング調整を行う例を示す図であり、（ａ）はパターンデータ、（ｂ）はクロック信号、（ｃ）はフレーム信号を示す。
【符号の説明】
１〜３  スレーブノード
４  伝送路
５  光分波器
６  光合波器
１０  マスターノード
【図１】
0004023203.tif 000002
【図２】
0004023203.tif 000003
【図３】
0004023203.tif 000004
【図４】
0004023203.tif 000005
【図５】
0004023203.tif 000006
【図６】
0004023203.tif 000007