THine Value 【減少89%的佈線】 序列化GPIO和各式訊號、遠距離傳輸的解決方案
2022.07.15
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- 解決方案
IOHA:B 是一款Serial transceiver IC，可作為串行-並行轉換器用於各種應用之上，可以在電路板和機器之間將訊號匯集和延長。因為只在物理層進行轉換，所以不需要外部控制。僅需要連接就可以進行通訊。
透過 IOHA:B 連接sensor和控制訊號
35bit I/O匯集成2對差分訊號，進行全雙工的雙向通訊，最大可節省89%的佈線效果。
內置的Adaptive equalizer可與各種傳輸媒介相容，且無論距離遠近都自動保持最佳訊號品質。
具I/O HUB 的含意，我們給它取了一個「IOHA:B」的暱稱。
內置的Adaptive equalizer可與各種傳輸媒介相容，且無論距離遠近都自動保持最佳訊號品質。
具I/O HUB 的含意，我們給它取了一個「IOHA:B」的暱稱。
圖 1 IOHA：B 匯集各種訊號
IOHA:B 將解決問題
■Before：想對許多在機器内／機器之間往來的訊號線做一些事情
在 SoC/FPGA/MCU 的 IO 輸出較多的設計中，電路板間/機器內部/機器之間的佈線必然會增加，也隨之出現很多問題。
課題的關鍵字是：
太多/太粗/太大/太重/太複雜/太短/頑固/ Noisy
圖 2 Before :隨著 IO 數量的增加，電路板間的佈線也跟著增加。
■After：採用IOHA:B + 金屬cable的簡潔設計
透過在其上放置一組IOHA:B，可以一次採集各種GPIO和低速訊號，整齊地組織電路板間/機器内/機器間的傳輸。
最多可以整合 35 條。在 2 對（= 4 根cable）cable上串列傳輸，可節省約 89% 的佈線效果。 透過減少電路板間/機器内/機器間的佈線，可以選擇極數更少的connector。
另一個優點是可輕鬆連接。 在電路板上設置輸入/輸出接線和端子 L/H 並連接Cable。 只需打開電源即可開始通訊。register設定等等的軟體控制都不需要。
最後，IOHA:B差分線是嵌入式clock SerDes，可以抑制EMI noise輻射。 因為8B10B coding 同時採用DC balance，可讓傳輸達到穩定的效果。
綜上所述，解決方案的關鍵字是：
更少/更細/更小/更輕/更容易/更長/更靈活/更安靜
圖 3 After :乾淨的傳輸路徑
IOHA:B 靈活的Sampling方法
訊號的Sampling方法有兩種。
第一種內部 OSC 方法，是使用 IOHA:B 內置的內部oscillator訊號進行Sampling的方法。
在這種模式下，不需要外部的標準clock輸入。 將許多非同期的輸入訊號oversampling, serialize ⇒deserialize後再輸出。 這是master ⇒ slave和slave ⇒ master雙方向進行。
由於不需要外部的REF輸入，因此可以與只搭載電源或sensor的電路板進行雙向通訊。Oscillator頻率可選擇 20/40/80MHz（圖 4）。
第二種是外部REF方式。
這是一種由外部輸入的標準訊號驅動的模式。
可以將同步訊號序列化於影像訊號的標準clock進行傳送的同時, 還能以該標準clock對同時傳送的控制訊號和sensor的反饋等非同步訊號進行oversampling。 也可以傳輸與影像訊號相反方向的非同步訊號（圖 5）。 外部 REF 的輸入頻率範圍為9～100MHz。
第一種內部 OSC 方法，是使用 IOHA:B 內置的內部oscillator訊號進行Sampling的方法。
在這種模式下，不需要外部的標準clock輸入。 將許多非同期的輸入訊號oversampling, serialize ⇒deserialize後再輸出。 這是master ⇒ slave和slave ⇒ master雙方向進行。
由於不需要外部的REF輸入，因此可以與只搭載電源或sensor的電路板進行雙向通訊。Oscillator頻率可選擇 20/40/80MHz（圖 4）。
圖 4 內部 OSC Sampling匯集各種雙方向非同期訊號
第二種是外部REF方式。
這是一種由外部輸入的標準訊號驅動的模式。
可以將同步訊號序列化於影像訊號的標準clock進行傳送的同時, 還能以該標準clock對同時傳送的控制訊號和sensor的反饋等非同步訊號進行oversampling。 也可以傳輸與影像訊號相反方向的非同步訊號（圖 5）。 外部 REF 的輸入頻率範圍為9～100MHz。
圖 5 外部 REF Sampling將非同步訊號與同步訊號匯集在一起
透過外部終端輕鬆設置發送/接收方向
I/O 傳輸方向（downstream、 upstream）可通過外部端子輕鬆設置。將I/O端子極性的3個pin設置為 0/1，可以從 6 種類型中選擇 （圖 6、圖 7）。
圖6 I/O 設定的範例（downstream 18條、upstream 17條）
圖7 6種I/O 極性設定
Adaptive equalizer帶來靈活的傳輸路徑設計
Adaptive equalizer監控著每個接收端（master/slave）的輸入波形。
在僅期待節省配線效果的近距離傳輸時、或節省配線效果且期待可延長cable遠距離傳輸時、或者兩者都有可能發生時，都可以在不設定設備下自動保持最佳通訊狀態。
此外，即使cable的部分會伴隨設備的作動而移動, 或者像slip ring等用多樣性傳輸媒介在系統中傳輸數據時,Adaptive equalizer都能維持著良好傳輸的品質。
在僅期待節省配線效果的近距離傳輸時、或節省配線效果且期待可延長cable遠距離傳輸時、或者兩者都有可能發生時，都可以在不設定設備下自動保持最佳通訊狀態。
此外，即使cable的部分會伴隨設備的作動而移動, 或者像slip ring等用多樣性傳輸媒介在系統中傳輸數據時,Adaptive equalizer都能維持著良好傳輸的品質。
圖8 內建的Adaptive equalizer可對應各種傳輸媒介
提供Cable選擇的多樣性
IOHA:B 差分線採用敝司拿手的高速差動訊号V-by-One® HS技術。
因此，IOHA:B 繼承了 V-by-One HS 的一大優勢「無需選擇Cable即可傳輸」。 IOHA:B 也不需要選擇Cable。 換句話說，好處是用戶可以根據環境和用途自由選擇易於使用的Cable。
圖 9 是產業機器中使用的典型Cable的比較表。 我們認為Cable的選擇會根據重視的評比項目而改變，而IOHA:B 可以與其中任何一個Cable搭配。
因此，IOHA:B 繼承了 V-by-One HS 的一大優勢「無需選擇Cable即可傳輸」。 IOHA:B 也不需要選擇Cable。 換句話說，好處是用戶可以根據環境和用途自由選擇易於使用的Cable。
圖 9 是產業機器中使用的典型Cable的比較表。 我們認為Cable的選擇會根據重視的評比項目而改變，而IOHA:B 可以與其中任何一個Cable搭配。
圖9 各式Cable的比較表
其他各種 IOHA:B 的特徵
IOHA:B 除上述內容外，還具有以下功能。 這可以賦予設計靈活性並帶來傳輸的穩定性。
・配備 5V tolerant buffer (8bit)
→ 設計的靈活性
・與光轉換裝置和無線轉換裝置的親和性
→ 實現靈活的傳輸路徑選擇和應用
・搭載SSCG（EMI降低）
→noise抑制以實現穩定傳輸
・digital noise filter
→noise抑制以實現穩定傳輸
我們還與廣瀨電機(Hirose Electric)的 AOC Cable 「BF4M」進行合作，用於光高速絕緣傳輸。 對於那些試圖建立光傳輸的人來說，這是最好不過的提議了。
此外，只需將 IOHA:B 元件放在電路板上，傳輸的部分就會變得穩定。 此後，即使安裝在電路板上的零件或零件配置發生變化，因為傳輸線路的部分已經完成，則無需包括傳輸線在內的重大設計變更。因為IOHA:B標準化傳輸設計的這種方式，使設計人員無需在每次添加小功能或追加訊號線時進行整體設計的更改。
・配備 5V tolerant buffer (8bit)
→ 設計的靈活性
・與光轉換裝置和無線轉換裝置的親和性
→ 實現靈活的傳輸路徑選擇和應用
・搭載SSCG（EMI降低）
→noise抑制以實現穩定傳輸
・digital noise filter
→noise抑制以實現穩定傳輸
我們還與廣瀨電機(Hirose Electric)的 AOC Cable 「BF4M」進行合作，用於光高速絕緣傳輸。 對於那些試圖建立光傳輸的人來說，這是最好不過的提議了。
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BF4M 合作的解決方案此外，只需將 IOHA:B 元件放在電路板上，傳輸的部分就會變得穩定。 此後，即使安裝在電路板上的零件或零件配置發生變化，因為傳輸線路的部分已經完成，則無需包括傳輸線在內的重大設計變更。因為IOHA:B標準化傳輸設計的這種方式，使設計人員無需在每次添加小功能或追加訊號線時進行整體設計的更改。
IOHA:B Serial Transceiver陣容
根據您想要的 GPIO 數量和包裝尺寸，我們提供兩種類型的產品。 對應35bit 有 THCS251，對應20bit 有 THCS252。
