シリアル通信のデータ転送(通信)速度を決める要因

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■データ転送速度を決める要因

シリアル通信におけるデータ転送速度を決める要因、データ転送速度の計算方法の考え方を説明します。 シリアル通信はシフトレジスタによって1ビットずつデータを送信しますが、送信タイミングはシフトレジスタ演算用のクロックが発生するタイミングとなるので、 データ転送速度を決める要因の一つにクロック周波数があります。

例えばクロック周波数が1MHzの場合、1bit分をクロックするのに1μsかかります。また1秒間辺りに転送できるデータ量をボーレートといい、bps(bit per second)で表します。 クロック周波数が1MHzの場合のボーレートの上限は1Mbpsとなります。



ただし、本来のデータそのものがクロック周波数どおりの速度で転送できる訳ではありません。 それは本来のデータに対して、通信の同期をとるためのビットやヘッダ情報、チェックサムなどを加えて送信するためであったり、次に説明するような制約があるからです。

■転送速度の制約

クロック周波数を上げれば理屈上は転送速度は上がるのですが、現実的にはそう簡単にはいきません。まず高精度なクロック発振器が求められます。また調歩同期式の場合、取りこぼしを防ぐため受信側は送信側に比べ 数倍高い周波数のクロックが求められるため、結果的に送信側のクロックに制限がかかってしまいます。

またクロック周波数を上げるとリンギング(伝送路端の信号の反射によって発生する振動波形)の影響を受けやすくなるので、 リンギングが発生しない様な回路設計(終端抵抗を設置したり、回路長を調整して狙いの周波数帯で共振が起きないようにする)を行う必要があります。



その他にもリンギングとは別に伝送路にノイズがのる場合(伝送路に電流が流れたことによって発生する磁界の影響など)があり、ノイズの影響を抑えるためシールド線を使用する等の対応が必要になります。 例えばイーサネットでは細かく決められたケーブルの規格に応じて、実現できる通信速度が決まります。

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