THine Value 从金属配线到光纤，再到非接触式空间--IOHA:B越来越广阔的的连接方式
2026.04.21
- NEW
- 文章
- 解决方案
有时，一些原本针对某些特定用途所开发的半导体元件，在逐渐进入市场后，常常会开始被应用于最初未曾预想过的领域。尤其是其中通用性高的半导体元件更容易出现这样的情况。
THine Electronics的串行收发器IC「THCS253A/254A」就是这样高通用性的半导体元件之一。这款串行收发器IC 以「IOHA:B（发音i-o-hub）」系列产品名称为业界所知。通过这款IC，可将影像信号、图像信号、标准输入输出（GPIO：General Purpose Input Output）信号、I2C信号等各种不同类型的信号整合在一起，并通过两对差动线进行传输（图1）。
也就是说，可将最多35根信号线转换为仅2对（4根）串行信号线。通过减少线缆数，可带来很多优势（表1）。例如，可使线束变得更细、更轻。也能简化线缆连接作业等。
当初，THine Electronics将IOHA:B 的用途设定为电路基板之间的连接以及电子设备之间的连接；具体应用则包括工业设备、医疗设备、测量装置、制造设备以及显示系统等。当然，这样的定位是正确的，因此IOHA:B的导入也主要在这些应用领域中逐渐推广开来。
THine Electronics的串行收发器IC「THCS253A/254A」就是这样高通用性的半导体元件之一。这款串行收发器IC 以「IOHA:B（发音i-o-hub）」系列产品名称为业界所知。通过这款IC，可将影像信号、图像信号、标准输入输出（GPIO：General Purpose Input Output）信号、I2C信号等各种不同类型的信号整合在一起，并通过两对差动线进行传输（图1）。
图1 IOHA:B预想的应用场景
也就是说，可将最多35根信号线转换为仅2对（4根）串行信号线。通过减少线缆数，可带来很多优势（表1）。例如，可使线束变得更细、更轻。也能简化线缆连接作业等。
表１ IOHA:B的连接方式
当初，THine Electronics将IOHA:B 的用途设定为电路基板之间的连接以及电子设备之间的连接；具体应用则包括工业设备、医疗设备、测量装置、制造设备以及显示系统等。当然，这样的定位是正确的，因此IOHA:B的导入也主要在这些应用领域中逐渐推广开来。
采用光纤传输和毫米波通信
然而，随着这些市场逐渐扩大，也有许多使用者提出了不同的应用需求。例如：「希望实现約100m的远距离传输」、「希望提升EMC（Electro Magnetic Compatibility--电磁兼容性）耐受能力」「希望在发送端与接收端之间确保电气隔离」「希望实现具备防尘、防水、防盐害功能的数据传输」「希望通过非接触式连接排除机械应力」「希望实现可拆卸式的连接器连接」等需求。这些需求若仅使用一般差动线皆难以做到。因此，THine Electronics开发了将IOHA:B与光纤传输（AOC：Active Optical Cable）及毫米波通信结合的演示套件。目前，这些演示套件已经在各个展会中公开演示。
事实上IOHA:B与光纤传输及毫米波通信之间具有非常良好的兼容性。若采用光纤传输，只需在IOHA:B的数据输出端接上光发射器、在数据输入端接上光接收器，再连接光纤。这样即可实现通过两根光纤进行的双向数据传输（全双工通信）。毫米波通信也是同样的原理：只要在IOHA:B的数据输出端接上毫米波发射器、在数据输入端接上毫米波接收器，即可实现通过毫米波进行的双向数据传输（全双工通信）。
若采用光纤传输，有可能实现最长约100m的数据传输，因此能将监控摄像头拍摄的影像传送至远端的控制室等场所。另一方面，若采用毫米波通信，则可实现无机械应力的非接触式连接、以及可拆卸式的连接器连接等应用。借此就能在不需机械式地将连接器连接到生产线上流动中的半成品电子设备的情况下，以非接触方式进行检测；或将相机功能设计为可从电子设备本体上拆卸与安裝的模组化结构，进一步提升产品的设计性。
此外，采用光纤传输或毫米波通信，还能提升 EMC（电磁兼容性）耐受性，并确保电气绝缘。更进一步，使用毫米波通信，还能实现具备防尘、防滴及防盐害的信息传输。
事实上IOHA:B与光纤传输及毫米波通信之间具有非常良好的兼容性。若采用光纤传输，只需在IOHA:B的数据输出端接上光发射器、在数据输入端接上光接收器，再连接光纤。这样即可实现通过两根光纤进行的双向数据传输（全双工通信）。毫米波通信也是同样的原理：只要在IOHA:B的数据输出端接上毫米波发射器、在数据输入端接上毫米波接收器，即可实现通过毫米波进行的双向数据传输（全双工通信）。
若采用光纤传输，有可能实现最长约100m的数据传输，因此能将监控摄像头拍摄的影像传送至远端的控制室等场所。另一方面，若采用毫米波通信，则可实现无机械应力的非接触式连接、以及可拆卸式的连接器连接等应用。借此就能在不需机械式地将连接器连接到生产线上流动中的半成品电子设备的情况下，以非接触方式进行检测；或将相机功能设计为可从电子设备本体上拆卸与安裝的模组化结构，进一步提升产品的设计性。
此外，采用光纤传输或毫米波通信，还能提升 EMC（电磁兼容性）耐受性，并确保电气绝缘。更进一步，使用毫米波通信，还能实现具备防尘、防滴及防盐害的信息传输。
通过光传输的空间性实现360度旋转
然而光纤传输与毫米波通信并非万能。只是将光纤传输或毫米波通信与IOHA:B結合，仍会存在无法满足使用者需求的情况。其中具有代表性的情形有以下两种。
一种是：「希望通过毫米波通信实现无线化，但又希望尽可能减少作业」的案例。一般来说，使用电波进行通信时，必须依照电波法取得技术基准适合认证（技适）。而取得该认证通常需要投入一定程度的劳力与时间。
另一种则是：「希望导入可使接口部分旋转的结构」。使用差动线也可以实现滑环等结构，但无法避免因磨损等因素所带来的寿命问题。
为了应对这两种情况， THine Electronics开发了支持新型连接方式的演示套件（图２）。
采用的连接方式为光空间传输。所谓光空间传输是指将激光投射至空间中，再由光电二极管接收，来进行数据的传输与接收；也就是说是一种无线连接方式。其可传输距离虽然最长只有50mm。但传输速度最高可达4 Gbit/s。
但若只是单纯在IOHA:B的数据输出端安裝普通的激光、在各数据输入端安裝普通光电二极管，则无法对应360度旋转。因为这需要支持双向数据传输（全双工通信）。由于激光具有直线传播的特性，一旦进行360度旋转，将如同毫米波通信一样，导致激光与光电二极管无法正对。因此，本次采用了特殊形状的光学元件-美国Broadcom公司的光接收器模组「AFBR-FS50B00」（图3）。
从这个光接收器模组上方来看，其结构是在中心配置圆形的垂直腔面发射激光器（VCSEL：Vertical Cavity Surface Emitting Laser），并在其外侧以同心圆方式配置光电二极管。实际使用是会将两个这样的光接收器分別安装在接口的两侧，使其相互正对。激光会略微扩大地在空间中传播，并由对侧的光电二极管接收（图4）。因此，只要是以连接对向光接收器的直线为轴进行旋转，即使旋转360度，数据传输也不会中断。由于不使用电波，就可以从取得技适的相关作业中解放出来。
IOHA:B与光空间传输的组合，主要针对三大应用领域。第一是旋转式连接器——滑环。第二是机器人的关节部位。第三是可拆卸的相机或显示器。在上述领域应用该技术，即可在不使用负责机械结构的情况下，于旋转部位轻松安装高速接口。
当然，除了上述三个具体例子之外，还有很多可以应用的用途。如果各位有任何相关构想，欢迎联系THine Electronics。非常期待能够与大家一同探索并创造出全新的应用可能性。
以上
一种是：「希望通过毫米波通信实现无线化，但又希望尽可能减少作业」的案例。一般来说，使用电波进行通信时，必须依照电波法取得技术基准适合认证（技适）。而取得该认证通常需要投入一定程度的劳力与时间。
另一种则是：「希望导入可使接口部分旋转的结构」。使用差动线也可以实现滑环等结构，但无法避免因磨损等因素所带来的寿命问题。
为了应对这两种情况， THine Electronics开发了支持新型连接方式的演示套件（图２）。
图２ 在光空间传输上应用IOHA:B的演示套件方块图
采用的连接方式为光空间传输。所谓光空间传输是指将激光投射至空间中，再由光电二极管接收，来进行数据的传输与接收；也就是说是一种无线连接方式。其可传输距离虽然最长只有50mm。但传输速度最高可达4 Gbit/s。
但若只是单纯在IOHA:B的数据输出端安裝普通的激光、在各数据输入端安裝普通光电二极管，则无法对应360度旋转。因为这需要支持双向数据传输（全双工通信）。由于激光具有直线传播的特性，一旦进行360度旋转，将如同毫米波通信一样，导致激光与光电二极管无法正对。因此，本次采用了特殊形状的光学元件-美国Broadcom公司的光接收器模组「AFBR-FS50B00」（图3）。
图３ 本次采用的光接收器
从这个光接收器模组上方来看，其结构是在中心配置圆形的垂直腔面发射激光器（VCSEL：Vertical Cavity Surface Emitting Laser），并在其外侧以同心圆方式配置光电二极管。实际使用是会将两个这样的光接收器分別安装在接口的两侧，使其相互正对。激光会略微扩大地在空间中传播，并由对侧的光电二极管接收（图4）。因此，只要是以连接对向光接收器的直线为轴进行旋转，即使旋转360度，数据传输也不会中断。由于不使用电波，就可以从取得技适的相关作业中解放出来。
图４ 光空间传输演示套件外观
IOHA:B与光空间传输的组合，主要针对三大应用领域。第一是旋转式连接器——滑环。第二是机器人的关节部位。第三是可拆卸的相机或显示器。在上述领域应用该技术，即可在不使用负责机械结构的情况下，于旋转部位轻松安装高速接口。
当然，除了上述三个具体例子之外，还有很多可以应用的用途。如果各位有任何相关构想，欢迎联系THine Electronics。非常期待能够与大家一同探索并创造出全新的应用可能性。
以上