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クロック・データ・リカバリ

索引 クロック・データ・リカバリ

ック・データ・リカバリ (Clock Data Recovery、CDR) は、デジタル通信において、データにクロックが重畳されている伝送路上の信号を受信し、クロックとデータを分離する機能である。デジタル信号受信における3R機能(波形整形-reshaping、タイミング再生-retiming、識別再生-regenerating)の一つである。 デジタル信号を送受信するには、受信側で各データビットを正しいタイミングで判定する必要がある。そのため、データを送信する伝送路と並列して、タイミング情報(クロック)を送信する伝送路を設けることが多い。 ところが、磁気ディスクや光ディスク等の読み取りヘッドからの信号、あるいは、最近の高速シリアル伝送等では、クロックを別にもうけることなく、データ信号にタイミング情報を重畳して送信している。無線通信では、安定した送信クロックに同期したNRZ信号で送信している。受信側では、データ信号のエッジ(信号遷移)を検出し、内部のリファレンスクロックの位相を調整することで、タイミング情報(クロック)を再生する。このプロセスを、一般に、クロック・データ・リカバリ、クロック再生、クロック抽出、タイミング再生、タイミング抽出、retimingなどと呼んでいる。 クロック再生を正しく行うためには、データ信号にエッジが高頻度で出現する必要がある。さもなければ、受信側の内部リファレンスクロックのドリフトによって同期が外れてしまう。CDRが正しくクロックを再生するために必要な、データ列に出現する連続した同じビットパターンの最大長をmaximum consecutive identical digits (CID) specificationと呼ぶ。 データ信号に、十分なエッジが現れることを保証するため、マンチェスター符号、8b/10b符号、64b/66b符号、Run Length Limited encoding(RLL)、Eight to Fourteen Modulation(EFM)といった符号化をほどこすことが多い。無線通信の場合は、占有帯域幅が厳しく制限されるため、情報帯域よりも帯域幅が広がるこれらの符号化は一部を除いておこなわれず、一般的にはスクランブラを通すことで、データ信号に十分なエッジが現れることを保証する。その場合、同期が確立するのにかなりの時間を要するため、送信開始時にプリアンブルを挿入する。.

19 関係: 伝送路位相同期回路マンチェスタ符号リング・オシレータプリアンブルフライホイールクロック共振器光ディスク磁気ディスク発振回路音叉電圧制御発振器NANDゲートNon-return-to-zeroRun Length Limited encodingSerDes8b/10b

伝送路

伝送路(でんそうろ)は、情報や電力の伝送のために使用される媒体(メディア)である。配線の一部として用いる場合には伝送線路ともいう。高周波信号を通す伝送線路は導波路とも呼ばれ、特性インピーダンスが規定され厳しく管理される(→伝送線路参照)。通信路(つうしんろ)または伝送路(英: Channel)とは、情報源(送信者)から受信者への情報伝達用媒体を指す。.

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位相同期回路

位相同期回路(いそうどうきかいろ)、PLL(phase locked loop)とは、入力される周期的な信号を元にフィードバック制御を加えて、別の発振器から位相が同期した信号を出力する電子回路である。 フィードバックで加える信号を操作することで、多様な信号を安定した状態で作り出すことができるため、電子回路中でさまざまな用途に使用されている。用途によって広範囲、高精度のPLLが開発されており、標準集積回路としても生産されている。.

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マンチェスタ符号

マンチェスタ符号(マンチェスタふごう、Manchester coding)とは伝送路符号の一種である。磁気記録方式においては位相符号化(いそうふごうか、phase encoding、PE方式)とも言う。 マンチェスタ符号において、各データビットの符号化は「高→低」「低→高」のいずれかである。従って、同じレベルが連続することはないのでがなく、信号自体にクロックが含まれている()。これは、あるいは容量結合であり、符号化データからクロック信号を復元できることを意味する。その結果、マンチェスタ符号を使用した電気接続は、簡単な1対1であるを使用して簡単にされる。.

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リング・オシレータ

3段のNOTゲートで構成されたリング・オシレータ リング・オシレータ (ring oscillator) は、全体として負(-1以下)のゲインを持つ複数個の遅延要素(典型的には奇数個のNOTゲート)をリング状に結合した構成をもつ発振回路である。 奇数個のNOTゲート(インバータ)を用いる構成では、各インバータの出力が鎖状に別のインバータに入力され、最終段のインバータの出力は初段のインバータに入力されており、全体としてリング構造になっている。奇数個のインバータ鎖は、全体として入力の論理否定となる。各インバータは有限の遅延時間をもつため、初段インバータへの入力から有限の遅延時間後に最終段のインバータが初段入力の論理否定を出力し、これが再び初段インバータに入力される。このプロセスが繰り返されることで発振する。 インバータを偶数個にすると、最終段の出力が初段の入力と同じになるため発振はおこらない。しかしながら、偶数個のインバータ・リングは2通りの安定状態をもち、Static Random Access Memory (SRAM) の基本素子として用いられる。(双安定マルチバイブレータ).

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プリアンブル

プリアンブル(preamble)とは、ディジタル・データをシリアル(直列)に伝送する場合に,データの始まりに付加する区切り用の特殊ビット列(同期符号)。データの終わりに付加する区切りビット列はポストアンブル(postamble)と呼ぶ。 デジタル通信の分野で、受信側に「これからデータが送られてくる」ことを知らせるためにデータ本体に先立って送信される、決まったパターンのビット列のことをプリアンブルという。通信規格などで規定された常に変わらない特定のビット列で、受信側では回線を監視中にこのパターンを受信するとデータを受け取る準備を開始する。 コンピュータネットワークにおいてデータリンクをする際、データ本体の前に送られるビット列(1、0で構成されるデータ列)。データ本体の開始部分を定義し、通信の同期をとる役割をもつ。 磁気テープなどに情報を記録する際に、各ブロックの先頭に記録される2進文字列で、順方向読取り時に同期をとるために用いる。 また、目的プログラムの最初の部分に付加される情報で、そのプログラムの実行に必要な記憶容量、入出力装置の種類と数などを記録したものをさすこともある。 他のデータ局との同期確立を目的として、データ局からフレームに先行して伝送される特定のビットパターン。 プロトコルによっては、プリアンブルがフレームの一部となることがある。磁気媒体において、各ブロックの先頭に記録する、同期を目的とする2進数字の列。 プリアンブルは PLCP (Physical Layer Convergence Protocol/Procedure: 物理レイヤー集中プロトコル/プロシージャ) フレームにおける PDU (Protocol Data Unit: プロトコル・データ・ユニット) の最初の部分を構成している。データパケットの残りの部分であるヘッダーには、変調スキーム、転送レートおよび全データフレームの転送にかかる時間を指定する情報が含まれる。.

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フライホイール

フライホイール(flywheel)は、回転系の慣性モーメントを利用した機構に用いられる機械要素のひとつである。日本語では弾み車、勢車(いずれもよみは「はずみぐるま」)という。回転機構の回転速度を安定化させる用途や、回転の運動エネルギーを利用する用途、角加速度を与えた際の反力を利用する用途に用いられる。.

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クロック

ック信号(クロックしんごう、)、クロックパルスあるいはクロックとは、クロック同期設計のデジタル論理回路が動作する時に複数の回路のタイミングを合わせる(同期を取る)ためにメトロノームのように使用される、電圧が高い状態と低い状態を周期的にとる信号である。信号という言葉には様々な意味があるが、ここでは「情報を運ぶことができるエネルギーの流れ」を意味する。信号線のシンボルなどではCLKという略記がしばしば用いられる。 クロック信号はクロック生成回路で作られる。最も典型的なクロック信号はデューティ比50%の矩形波で、一定の周波数を保つ。クロック信号により同期をとる回路は信号の立ち上がりの部分(電圧が低い状態から高い状態に遷移する部分)で動作することが多く、ダブルデータレートの場合は立ち下がりの部分でも動作する。.

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共振器

共振器(きょうしんき)は、タンク回路とも言い、高周波回路の素子の一種で、高周波を一定の空間内(タンク)に閉じ込めるもの。共振器の内部では、共振条件を満たす周波数の電磁波しか存在できない。.

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光ディスク

光ディスク(ひかりディスク)とは光学ドライブ装置を使い、光(半導体レーザー)の反射により情報を読み書きする情報媒体(電子媒体/ディスクメディア)である。光学ディスクともいう。.

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磁気ディスク

磁気ディスク(じきディスク)とは、データ記録に磁性体を塗布した円盤を回転させて行う記録媒体(ディスクメディア・電子媒体→磁気記録)の名称である。装置全体に関してはハードディスクドライブを参照のこと。本稿ではハードディスクドライブに加えて着脱可能な磁気ディスク(リムーバブルメディア)についても記述する。.

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発振回路

振回路(はっしんかいろ、electronic oscillator)は、持続した交流を作る電気回路である。その原理により、帰還型(きかんがた)と弛張型(しちょうがた)に分類できる。電波の放射や、ディジタル回路におけるクロックパルス(コンピュータ(またはデジタル回路)が動作する時に、タイミングを取る(同期を取る)ための周期的な信号)の発生が代表的な用途であるが、それ以外にも、電子回路の動作の基準となる重要な回路である。.

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音叉

音叉 音叉(おんさ、Tuning fork)とは特定の高さの音を発する2又に別れた金属製の道具である。.

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鐘(かね、bell)は、音を出す道具のひとつ。金属製のお椀型の外身、それにぶつからせて音を生じさせる部品との2つの物体からなる。釣鐘。世界中で宗教施設や町の高い建物に設置され、音で人々に時刻やさまざまな合図を伝えるのに用いられてきた。.

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電圧制御発振器

電圧制御発振器(でんあつせいぎょはっしんき、Voltage-controlled oscillator、VCO)は、電圧(制御電圧)で発振周波数を制御する発振器である。.

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NANDゲート

NANDゲートは否定論理積の論理ゲートであり、その(論理的な)動作は全ての入力の論理積(AND)をとったものの反転(NOT)である。つまり、全ての入力がHighの場合のみ出力がLowになり、Lowの入力がひとつでもある場合はHighを出力する。 NAND論理の完全性(:en:Functional completeness)により、いかなる組合せ論理回路の論理もNANDゲートの組合せで実装できる。それを利用して、NANDのみで実装することで同種の回路のみで構成することができるため、結果としてコスト削減になるという主張もある。 汎用ロジックICシリーズにおいて、最も基本的な製品群として大量生産されたのは、完全性という論理的な理由よりも、実装の容易さ等による面が大きい。 全加算器.

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Non-return-to-zero

non-return-to-zero(NRZ、非ゼロ復帰)は、電気通信の信号伝送で使用される伝送路符号の一種で、各ビットの間で「ゼロ」に復帰しない方式である。 ビットの1と0を2つの状態(例えば正の電圧と0ボルト、または正の電圧と負の電圧)で表し、それ以外の状態は有しない。これに対し、return-to-zero(RZ)では1と0以外に「休止」の状態を有するので、NRZのパルスはRZよりも多くのエネルギーを持つ。 RZと異なり、NRZではパルス自体で同期をとることができないため、を防ぐために他の手段で同期をとる必要がある。例えばRun Length Limited encodingや並列同期信号などである。.

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Run Length Limited encoding

Run Length Limited encoding(RLL、アールエルエル)は、主にハードディスクでのデータ記録に用いられている方式である。 IBMにより開発され、1980年代後期からパーソナルコンピュータ用ハードディスクにも用いられ始めた。MFM変調より高い記録密度を実現できる。 通常、データやクロックビットである「1」の間に出現する「0」の最小個数と最大個数を添えて、(1,7) RLL、(2,7) RLL等と表記する。 なお、MFM変調は(1,3) RLLと言いかえる事も可能である。.

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SerDes

SerDes(SERializer/DESerializerの略)は、コンピュータのバス等に於いてシリアル、パラレルを相互変換する回路。 特に高速インターフェースにおいて、パラレルインターフェース間をシリアル接続する際などに利用される。 近年、高速インターフェースでは、パラレル転送方式で問題となる配線長差によるビット間スキューを考慮する必要がないシリアル転送方式が主流となっている。 シリアル転送方式による高速インターフェース規格としては、イーサネット、IEEE 1394b、PCI Express、シリアルATA、SAS、ファイバーチャネル、InfiniBand、RapidIO、RocketIO等があげられる。 パラレル転送方式ではデータ線とは別にクロック線を用意するのが一般的であるのに対して、基本的にSerDesではマンチェスター符号や8b/10b符号などを用いてデータとクロック(タイミング情報)を1本のラインに重畳して送信し、受信側のクロック・データ・リカバリ回路でクロックとデータを分離する構成がとられることが多い。.

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8b/10b

8b/10bはIBMが開発した高速シリアル転送方式である。10b/8bとも。8ビットのデータを10ビットのデータに変換して転送することから、こう呼ばれる。 シリアル・データの転送にはデータと、そのデータを拾うタイミングを作るクロックの存在が欠かせない。8b/10b方式はシリアル・データの中にクロックを埋め込むことで、データとクロックの転送を同じ配線で行うことが特徴である。 生のシリアル・データは、LowやHighの状態が長期間、或いは不定期に渡って続く可能性があるため、そこからクロックを取り出す事が出来ない。8b/10bでは、どのようなデータであっても、Low又はHigh状態の期間が4クロック以下になるように変換を行う。これによって、帯域の20%をロスする代わりに、データとクロックを同じ配線で同時に送受信する事が可能になる。 現在のシリアル転送方式の主流であり、イーサネット、ファイバーチャネル、IEEE 1394、PCI Express 2.0、Serial ATA、USB 3.0などがこの方式を採っている。PCI Express 3.0では128b/130bが採用されている。.

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