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【減少89%的布線】序列化GPIO和繁雜的信號的遠距離傳輸解決方案

2022/09/14

新聞稿 NEW

IOHA:B是一款可集結(jié)和延長基板與設(shè)備間的信號，并可作為串行/并行轉(zhuǎn)換器用于各種用途上的串行收發(fā)器IC。因為只在物理層發(fā)生轉(zhuǎn)換，所以不需要外部控制；只需連接就可以進行通信。

通過IOHA:B連接傳感器和控制信號

　將35bit I/O匯集成2對差動信號進行全雙工的雙向通信，最大可實現(xiàn)節(jié)約89%的布線的效果。
內(nèi)置的適應(yīng)型均衡器可與各種傳輸媒體相容，無論距離遠近都能自動保持最佳信號質(zhì)量。
　具有I/O的HUB的含義，所以昵稱為「IOHA:B」。

圖1 IOHA：B能匯集各種信號

IOHA:B 將解決問題

■Before：想對設(shè)備內(nèi)／設(shè)備間往來的多種信號線進行改進

　在SoC/FPGA/MCU的IO輸出較多的設(shè)計中，基板間/設(shè)備內(nèi)/設(shè)備間的配線總會增多，會造成很多問題。

舉幾個問題的關(guān)鍵詞：

太多／太粗／太大／太重／繁雜／太短／頑固／雜音

等等。

圖2 Before : 隨著IO數(shù)量增加，基板間配線也跟著增加

■After：采用 IOHA:B＋金屬線的簡潔設(shè)計

　通過在其上放置一組IOHA:B，就可以一次性采集繁多的GPIO?低速信號，使基板間/設(shè)備內(nèi)/設(shè)備間的傳輸變得整齊劃一。
　最多可整合35條信號。通過2對（＝4根）線來進行串行傳輸，可達到節(jié)省89%的配線的效果。由于基板間/設(shè)備內(nèi)/設(shè)備間的配線減少，就可以選擇更少的連接器。
　另一個優(yōu)點是只需放置即可輕松連接。在基板上設(shè)定好輸入輸出的配線與接線頭的L/H并用線連接；然后打開電源即可開始通信，無需緩存設(shè)定等軟降上的控制。
　最后，IOHA:B的差動線是時鐘嵌入型串行解串器，可以抑制EMI噪音的輻射。同時，8B10B調(diào)制可取得DC平衡，可使傳輸變得穩(wěn)固。
綜上所述，解決的關(guān)鍵詞可列舉為：

更少／更細／更?。p／更簡單／更少／更靈活／更安靜

圖3 After : 干凈的傳輸路徑

IOHA:B 靈活的采樣方式

　信號采樣有2種方法。
　第1種是內(nèi)部OSC方式：是使用IOHA:B內(nèi)置的內(nèi)部振蕩信號的采樣方法。
在這種模式下，無需外部的標(biāo)準(zhǔn)時鐘輸入。將許多非同期輸入信號過采樣后串行⇒解串后輸出；并在主動⇒從動、從動⇒主動的雙向下進行。
　由于不需要外部REF輸入，因此可以與僅裝載電源與傳感器的基板進行雙向通信。振蕩頻率可選擇20/40/80MHz(圖4）。

圖4 內(nèi)部OSC采樣以匯集繁多的雙向非同期信號

　第2種是外部REF方式。
　這是一種由外部輸入的標(biāo)準(zhǔn)信號驅(qū)動的模式。可將圖像信號等的標(biāo)準(zhǔn)時鐘的同期信號串行后傳輸，同時也可將并行的控制信號與傳感器之間的反饋信號等非同期信號也通過標(biāo)準(zhǔn)時鐘來過采樣；并同樣能傳輸與圖像信號反方向的非同期信號（圖5）。外部REF的輸入頻率范圍在9～100MHz。

圖5 外部REF采樣將非同期信號與同期信號匯集在一起

通過外部連接頭簡單設(shè)定發(fā)送/接收方向

　I/O的傳輸方向（下游、上游）可通過外部連接頭簡單地設(shè)定。將I/O連接頭的極性用3種Pin的0/1來設(shè)定，可以從6種類型中選擇。（圖6、圖7）。

圖6 I/O極性設(shè)定案例（下游18根、上游17根）

圖7 6種I/O極性設(shè)定

適應(yīng)型均衡器帶來靈活的傳輸路徑設(shè)計

　適應(yīng)型均衡器監(jiān)視著每個主從模式下接收端的輸入波形。
　無論是只求節(jié)省配線效果的近距離連接的情況下，還是在節(jié)省配線的同時還需要延長與遠處基板連接的遠距離傳輸連接的情況下，或者這兩種情況都有可能發(fā)生等，無論何種情況下都無需固件的設(shè)定，可自動保持最佳的通信狀態(tài)。
　另外，即便是伴隨設(shè)備的動作部分線需要移動、或是使用集電環(huán)等多種傳輸媒體的系統(tǒng)上的數(shù)據(jù)傳輸，適應(yīng)型均衡器也能維持傳輸品質(zhì)。

圖8 內(nèi)置的適應(yīng)型均衡器可對應(yīng)各種傳輸媒體

在線的選擇上也提供了靈活性

　IOHA:B的差動線采用了本公司拿手的高速差動信號--V-by-One®HS技術(shù)。因此，IOHA：B繼承了V-by-One HS的一大優(yōu)勢：「無需選擇線即可傳輸」。IOHA:B也無需選擇線。換句話說，這個優(yōu)勢就是使用者可以可以根據(jù)環(huán)境和用途自由選擇易于使用的線。
　圖9是產(chǎn)業(yè)機械上使用的具有代表性的線的性能比較表。我們認為線的選擇會根據(jù)重視的測評項目不同而改變，而IOHA:B可與其中任何一種線搭配適用。

圖9 線的種類及其性能比較

其他各種IOHA：B的特征

　IOHA:B除上述內(nèi)容外，還有以下功能。這可以賦予設(shè)計靈活性并帶來傳輸路徑的穩(wěn)定性。

?裝備5V時鐘緩沖器（8bit）　
　→使設(shè)計更靈活
?與光轉(zhuǎn)換固件?無限轉(zhuǎn)換固件的親和性　
　→實現(xiàn)靈活的傳輸路徑選擇與應(yīng)用
?裝載SSCG?。ń档虴MI）　
　→抑制噪音來穩(wěn)定傳輸
?數(shù)字化的噪聲濾波器　
　→抑制噪音來穩(wěn)定傳輸

我們還與廣瀨電機合作，使用他們的AOC線「BF4M」來提供高速絕緣光傳輸方案。對試圖建立光傳輸?shù)挠脩魜碚f是最合適的方案了。

　此外，只需將IOHA:B固件放在基板上，傳輸路徑部分就會變得穩(wěn)定。那之后基板上裝載的部件和部件配置即使有變化，因為傳輸路徑已經(jīng)固定，就可以避免對傳輸路徑的各種大規(guī)模設(shè)計更改。這樣一來通過IOHA:B將傳輸部分的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)化以后，就可以將設(shè)計者從一旦功能和信號線有追加，就需要每次都進行整體的設(shè)計更改這樣繁瑣的工作中解放出來。