THine Value 【89%배선삭감】 GPIO및 다양한 신호를 시리얼라이즈하여 장거리 전송하는 솔루션

2022.07.15

기사
솔루션

IOHA:B는 보드와 기기간의 신호를 모아서, 길이 연장을 해주는 시리얼라이저 제품으로서, 어플리케이션에 상관없이 사용가능한 시리얼 트랜시버 IC입니다. 물리층만의 변환이므로 외부제어가 불필요 하며, 접속하는것 만으로 통신이 가능합니다.

IOHA:B로 연결한 센서와 제어신호

35bit I/O를 2페어의 차동신호로 집약하여 전이중 양방향 통신을 하면 최대 89%의 배선절감 효과를 실현할수 있습니다.
내장된 Adaptive Equalizer는 다양한 전송개체를 사용할수 있어, 가까운 거리, 먼 거리 모두 자동으로 최적의 신호품질을 유지합니다.
I/O의 HUB라는 의미로 「IOHA:B」라는 닉네임을 붙였습니다.

그림1 IOHA：B는 다양한 신호를 집약

IOHA:B가 과제를 해결해 나갑니다.

■Before：기기내부 또는 기기간의 교차신호를 간결하게 정리하고 싶다

SoC/FPGA/MCU로부터의 IO출력이 많은 설계에서는 기판간/기판내부/기기간의 배선이 많아질수밖에 없어 많은 문제가 발생하게 됩니다. 문제가 되는 키워드로는,
많다／굵다／크다／무겁다／복잡성／짧다／유연성／노이즈
등이라고 할수 있겠죠.

그림2 Before : IO가 너무 많다보니 기판간 배선도 많아진다

■ After： IOHA:B＋메탈 케이블로 설계를 간단하게

IOHA:B를 1세트 사용함으로써, 복잡한 GPIO 및 저속신호를 한꺼번에 정리할수 있므며, 기판간/기기내부/기기간의 전송이 보다 간결해집니다. 집약가능수는 최대 35라인. 이것을 2페어（＝4라인）케이블에 시리얼라이즈하여전송함으로써, 89%의 배선절감효과를 볼수있습니다. 기판간/기기내부/기기간의 배선이 적어지면 커넥터 또한 핀수가 적은것을 선택할수 있게 됩니다. 또한 간단한 접속도 메리트가 된다. 기판에서 입출력 배선 및 단자의 L/H를 설정하여 케이블을 접속합니다.

그리고 전원투입만 하면 간단하게 통신이 시작됩니다 레지스터 설정과 같은 소프트웨어 제어도 불필요 합니다.
마지막으로, IOHA:B 차동라인은 클럭 임베디드 SerDes이므로, EMI노이즈의 복사를 억제할수 있습니다. 동시에 8B10B코딩으로 DC밸런스을 취할수 있기 때문에, 견고한 전송이 가능하게 되었습니다.
언급했던 내용을 해결 키워드로 정리해보면,
적다／얇다／작다／가볍다／간단하다／길다／유연하다／조용하다
가 됩니다.

그림3 After : 전송을 간결하게

IOHA:B의 유연한 샘플링 방식

신호의 샘플링 방식은 2가지.

첫번째인 내부 OSC방식은, IOHA:B에 내장된 내부 오실레이터 신호를 사용하여 샘플링 하는 방식입니다.
이 모드에서는, 외부로부터의 기준 클럭입력이 불필요합니다. 많은 비동기 신호입력을 오버 샘플링하여 시리얼라이즈⇒디시리얼라이즈 하여 출력합니다. 이것을 마스터⇒슬레이브, 슬레이브⇒마스터의 양방향으로 실시합니다.
외부 REF입력이 불필요하므로, 전원이나 센서만이 탑재되어 있는 기판과의 양방향 통신도 가능합니다.
오실레이터 주파수는 20/40/80MHz에서 선택가능합니다. (그림4）

그림4 내부 OSC샘플링으로 복잡한 양방향 비동기신호 집약

두번째 방식은 외부 REF방식입니다.

이 방법은, 외부에서 입력하는 기준신호로 구동하는 모드입니다. 화상신호의 기준클럭에 동기시킨 신호를 시리얼라이즈 하여 전송함과 동시에 제어신호나 센서의 피드백등과 같은 비동기신호도 이 기준 클럭에서 오버 샘플링 할수 있습니다. 화상신호와는 역방향의 비동기 신호도 동일하게 전송할수 있습니다. （그림5）외부 REF 입력주파수 범위는 9～100MHz입니다.

그림5 외부 REF샘플링으로 동기신호와 비동기신호를 같이 집약

외부단자로 송수신 방향을 간단하게 설정

I/O 전송방향（다운스트림, 업스트림）은 외부단자로 간단하게 설정할수 있습니다. I/O단자 극성을 3종류 핀의 0/1설정으로 6종류에서 선택을 할수가 있습니다. （그림6, 그림7）

그림6 I/O극성 설정예（다운스트림 18라인, 업스트림 17라인）

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　그림7 6종류의 I/O극성설정

Adaptive Equalizer로 유연한 전송설계

Adaptive Equalizer는 마스터／슬레이브의 각 수신단에서 입력파형을 모니터링하고 있습니다.
배선절감의 효과만 기대하는 근거리 접속일때도, 배선절감 효과와 함께 멀리 떨어진 기판과의 케이블 연장효과를 기대한 장거리 접속일때도, 또는 양쪽의 가능성이 모두 있을 경우에도, 디바이스의 설정없이 자동으로 최적의 통신상태를 유지할수가 있습니다.
또한, 기기동작에 따른 케이블 부분의 가동이거나, 슬립링등과 같은 다양한 전송개체를 이용한 시스템에서의 데이터전송 일때 Adaptive Equalizer는 그 전송품질을 서포트합니다.

그림8 내장된 Adaptive Equalizer로 다양한 전송개체에 대응

케이블 선택에 있어서 유연한 제안이 가능

IOHA:B 차동라인은, 폐사가 독자적으로 개발한 고속차동신호인 V-by-One®　HS의 테크놀로지를 이용하고 있습니다.
그 때문에 V-by-One HS의 가장 큰 메리트중 하나인 「케이블 선택하지 않고 전송가능」이라는점이 IOHA：B에도 연결이 되어집니다.
IOHA:B도 케이블을 선택하지 않습니다. 뒤집어 말하면, 사용자가 사용하기 편한 케이블을 환경이나 용도에 맞춰 자유롭게 선택할수다! 라는 장점입니다. 그림9는 산업기기에 사용되는 대표적인 케이블의 우위 비교 테이블입니다. 평가항목중에서 어떤것을 중요시할지에 따라 선택할 케이블이 바뀔것으로 생각됩니다만, IOHA:B는 이러한 것들의 어떤 조합과도 이용이 가능합니다.

그림9 케이블 종류별 우위성 비교

기타 다양한 IOHA：B의 특징

IOHA:B는 위에서 언급한 내용 외에도, 하기의 기능을 가지고 있습니다.
이로인해, 설계의 유연성 뿐만 아니라, 전송로에 견고성을 가져다 주기도 합니다.

・5V Tolerant・Buffer（8bit）　
　→ 유연성 있는 설계
・광변환 디바이스・무선변환 디바이스와의 친화성　
　→ 플렉시블한 전송로 선택, 응용실현
・SSCG탑재（EMI절감）　
　→노이즈 억제로 견고한 전송을
・디지털 노이즈필터　
　→노이즈 억제로 견고한 전송을

광고속 절연전송으로 히로세 전기사의 AOC케이블「BF4M」과 컬래버 레이션 한 제안을 하고 있습니다.
광전송을 구축하려고 하시는 분들께 최적의 제안이 됩니다.

BF4M 컬래버레이션 솔루션은 이쪽으로

또한, IOHA:B 디바이스를 기판위에 탑재하는것만으로 전송로의 주요부분이 완성됩니다. 그 이후에 기판상에서의 탑재부품이나 부품배치가 바뀌어도 전송로 부분은 Fix되어 있기 때문에, 전송로를 포함한 대폭적인 설계변경은 피할수 있습니다.
이렇게 IOHA:B에서 전송부분 설계를 공용화 하면, 약간의 기능및 신호선 추가때 발생하는 전체적인 설계변경에서 해방될수 있습니다.