目前，工業(yè)設(shè)備市場(chǎng)中的工廠自動(dòng)化設(shè)備、辦公設(shè)備、安防/監(jiān)控設(shè)備、運(yùn)輸設(shè)備等電子設(shè)備上裝載的相機(jī)模組和各種傳感器的數(shù)量正在不斷增加。這背后的原因是相機(jī)模組的價(jià)格下降和更易于使用，以及IoT（物聯(lián)網(wǎng)）政策的強(qiáng)化。當(dāng)然，安裝多個(gè)相機(jī)模組和各種傳感器，能極大地提高上述電子設(shè)備的功能和性能，并能大幅使其易于使用，能得到的好處是非常多的。
　但另一方面，也遇到了設(shè)計(jì)難度增加的問(wèn)題。例如，「由于生產(chǎn)線較長(zhǎng)，影像數(shù)據(jù)傳輸距離不足以能用監(jiān)控?cái)z像頭監(jiān)控整條生產(chǎn)線。」「各種傳感器上采集數(shù)據(jù)的線纜數(shù)量太多，增加了電子設(shè)備本身的重量?！埂赶雽⒂跋駭?shù)據(jù)的傳輸距離延長(zhǎng)到1km左右，以便于遠(yuǎn)程攝像頭監(jiān)控」「因工業(yè)設(shè)備的安裝環(huán)境較差，希望連接傳感器的高速傳輸路徑能防塵并且容易拆裝?！沟?。如何在解決這些問(wèn)題的同時(shí)，使相機(jī)模組和各種傳感器根據(jù)需求來(lái)提高電子設(shè)備的功能、性能和上手度，這些都是目前工業(yè)設(shè)備開(kāi)發(fā)商所面臨的問(wèn)題。

　為了解決這些問(wèn)題，THine Electronics推出了新型串行收發(fā)器IC「THCS253/THCS254」。新產(chǎn)品的名稱(chēng)是「IOHA:B」（發(fā)音為I-O-Hab）。
　新產(chǎn)品是將發(fā)送（送信回路、串行器）和接收（收信回路、并行器）集成到一個(gè)芯片中。因此，它也被稱(chēng)為SerDes收發(fā)器IC。準(zhǔn)備兩片新產(chǎn)品，將其中一片作為主芯片，另一片作為副芯片設(shè)置其端子后使用。用兩對(duì)差動(dòng)線連接其間，一對(duì)用于Uplink（上行），另一對(duì)用于downlink（下行）。換句話說(shuō)，就是僅通過(guò)分別設(shè)置上行和下行信號(hào)線，就能同時(shí)執(zhí)行傳送和接收的全雙工通信。我們?cè)O(shè)想的是只利用兩對(duì)差動(dòng)信號(hào)線的串聯(lián)傳輸來(lái)替代由眾多信號(hào)線組成的并聯(lián)傳輸（圖1）。
 
　具體的應(yīng)用是電子設(shè)備之間或電子設(shè)備內(nèi)部基板間的數(shù)據(jù)傳輸?？蓪⒃O(shè)備或單板之間連接的30多條信號(hào)線集成為2對(duì)差動(dòng)線（4條信號(hào)線），減少了布線線纜數(shù)量和總重量，并延長(zhǎng)傳輸距離。也就是說(shuō)，它可以解決一開(kāi)始我們介紹的所有問(wèn)題。
　其實(shí)早在2019年底THine Electronics就已將幾乎能以與此相同的方式使用的串行收發(fā)器IC「THCS251/THCS252」量產(chǎn)化。這次投入市場(chǎng)的新產(chǎn)品THCS253/THCS254是現(xiàn)有產(chǎn)品的后續(xù)產(chǎn)品。新產(chǎn)品在繼承原產(chǎn)品基本功能的同時(shí)，又增加了重大的新變化。這一變化是除了集成多個(gè)GPIO（通用輸入/輸出）信號(hào)線之外，還添加了一個(gè)或兩個(gè)系統(tǒng)的I2C。THCS253最多有32條GPIO，THCS254最多有20條，兩款產(chǎn)品均默認(rèn)裝載1個(gè)I2C系統(tǒng)。此外，如果用戶進(jìn)行指定的設(shè)置，還可以將兩條GPIO分配給I2C。也就是說(shuō)最多可以?xún)上到y(tǒng)的I2C與GPIO集成在一起進(jìn)行串聯(lián)傳輸。

　這次的新產(chǎn)品可以在保持原有產(chǎn)品THCS251/THCS252的優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)為用戶提供新的優(yōu)勢(shì)。首先我們來(lái)看看繼承自原有產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)，主要有6點(diǎn)。
　第一，可用串聯(lián)傳輸代替并聯(lián)傳輸，可以減少布線線纜的數(shù)量。例如，這次的新產(chǎn)品THCS253，能將34條信號(hào)線（32條GPIO+1系統(tǒng)I2C）減少至僅2對(duì)（4條）差動(dòng)線；也就是說(shuō)布線的線纜數(shù)量最多可減少88%。這樣就能通過(guò)原本34條布線線纜無(wú)法通過(guò)的狹窄空間；比如噴墨打印機(jī)等電子設(shè)備，就對(duì)其小型化很有幫助。
　第二，可減輕布線線纜的總重量。這是因?yàn)槟艽蟠鬁p少布線線纜的數(shù)量，這個(gè)效果非常大。就比如說(shuō)，可以減輕無(wú)人機(jī)本身的重量，因此就可以延長(zhǎng)電池的驅(qū)動(dòng)時(shí)間，延長(zhǎng)飛行時(shí)間。
　第三，簡(jiǎn)化了布線線纜的連接工作。因?yàn)樾枰B接的線纜數(shù)減少，結(jié)果就能減少布線上的錯(cuò)誤，提高作業(yè)效率。
　第四，可在維持信號(hào)質(zhì)量（信號(hào)完整性）的同時(shí)延長(zhǎng)傳輸距離。并聯(lián)傳輸下，時(shí)鐘頻率為100MHz的情況下可傳輸距離最多只有1m。而串聯(lián)傳輸時(shí)，由于接收回路裝載了連續(xù)時(shí)間直線均衡器（CTLE：Continues Time Linear Equalizer），能補(bǔ)償接收到的信號(hào)的頻率特性并調(diào)整波形。雖然傳輸距離取決于使用的布線線纜的品質(zhì)，但在時(shí)鐘頻率為100MHz的情況下（傳輸速度為3.0Gbit/秒）時(shí)大約能延長(zhǎng)至10m。
　第五，可以抑制電磁噪聲（EMI：Electro-Magnetic Interference）的輻射量。原因有兩個(gè)：一是使用了嵌入式時(shí)鐘信號(hào)的SerDes回路。二是傳輸介質(zhì)是由2條信號(hào)線構(gòu)成的差動(dòng)線，這樣每條信號(hào)線的輻射噪音會(huì)相互抵消。
　第六，可以標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。原有的THCS251最多有35條GPIO，但幾乎沒(méi)有會(huì)完全使用到的案例，因此就會(huì)產(chǎn)生多余的端子（空閑端子）。有效利用這一點(diǎn)就能實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。例如事先用多余的端子連接外微型計(jì)算機(jī)/FPGA與連接器。這樣即使多種機(jī)型的功能略有不同，也能不動(dòng)信號(hào)傳輸路線的硬件設(shè)計(jì)就通過(guò)向多余的端子分配新信號(hào)來(lái)吸收功能上的差異。且原有產(chǎn)品THCS251/THCS252具有能分4個(gè)階段來(lái)設(shè)置通用輸入(GPI)和通用輸出(GPO)線數(shù)比率的功能。使用這個(gè)功能就能進(jìn)一步擴(kuò)大所能吸收的功能差異的范圍。也就是說(shuō)可以?xún)H靠將一個(gè)硬件設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化，來(lái)實(shí)現(xiàn)多種機(jī)型的設(shè)計(jì)。
　因此，分別在兩個(gè)路徑中連接光電轉(zhuǎn)換裝置或近距離無(wú)線通信裝置(毫米波通信裝置)，就能將設(shè)備或單板間的連接轉(zhuǎn)化為光傳輸或無(wú)線傳輸。如此一來(lái)就可以大大擴(kuò)展應(yīng)用范圍。光傳輸技術(shù)，可以應(yīng)用于兩個(gè)電子設(shè)備之間距離長(zhǎng)達(dá)數(shù)十米～數(shù)百米的用途上；或是噪音環(huán)境較差、需要電氣絕緣的用途上（圖2）。
 
另一方面無(wú)線傳輸技術(shù)可用于工廠等需要防塵的用途、以及需要電氣絕緣的用途上（圖３）。
 

　即使是現(xiàn)有的THine Electronics的串行收發(fā)器IC產(chǎn)品，也能享受上述的多重優(yōu)點(diǎn)。在此基礎(chǔ)上，新產(chǎn)品THCS253/THCS254的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)應(yīng)I2C，大幅增加I/O（輸入/輸出接口）在設(shè)計(jì)上的靈活性。
　一般來(lái)說(shuō)電子設(shè)備的開(kāi)發(fā)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)開(kāi)始后突然改變?cè)O(shè)計(jì)內(nèi)容的情況并不少見(jiàn)；例如添加新功能等。在這種情況下，根據(jù)所追加的功能不同，與子插件等交流信號(hào)的線數(shù)可能會(huì)增加，從而迫使信號(hào)傳輸路徑等硬件設(shè)計(jì)發(fā)生變化。當(dāng)然一旦需要重新設(shè)計(jì)，所花費(fèi)的工時(shí)、時(shí)間與成本也會(huì)隨之增加。
　因此即便突然發(fā)生設(shè)計(jì)變更，我們也希望避免重新設(shè)計(jì)硬件的情況發(fā)生。在這種情況下，這次的新產(chǎn)品將會(huì)發(fā)揮非常大的效果。因?yàn)樗鼘?duì)應(yīng)I2C，可以通過(guò)它連接內(nèi)部寄存器并重寫(xiě)數(shù)據(jù)來(lái)自由定制每個(gè)端子。也就是說(shuō)，再保持信號(hào)傳輸路等硬件設(shè)計(jì)不變的同時(shí)，只重寫(xiě)內(nèi)部寄存器就可以極為靈活地添加新功能（圖4）。
 
　原有的THCS251/THCS252還具有如上所述的分四個(gè)階段設(shè)置GPI和GPO線數(shù)比例的功能。使用此功能，可以在一定程度上應(yīng)對(duì)突然的設(shè)計(jì)變更。然而，新產(chǎn)品的可定制范圍比原有產(chǎn)品廣泛得多。因此使用新產(chǎn)品則可以大幅降低設(shè)計(jì)變更時(shí)需重新設(shè)計(jì)硬件的可能性。
　那么難道說(shuō)在這款新品上市之前，就沒(méi)有有效對(duì)策來(lái)防止重新設(shè)計(jì)硬件嗎？ 當(dāng)然，使用FPGA也能實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。但卻有一個(gè)很大的缺點(diǎn)，那就是需要進(jìn)行FPGA內(nèi)部的電路設(shè)計(jì)和印刷電路板布局設(shè)計(jì)等工作，這就增加了設(shè)計(jì)工作量，且成本也會(huì)增加?？梢哉f(shuō)很難只因?yàn)橛锌赡茉谠O(shè)計(jì)開(kāi)始后發(fā)生追加功能等變化這一理由，就提前做出在I/O部分導(dǎo)入FPGA的判斷。
　然而，與FPGA不同的是，新產(chǎn)品在1個(gè)芯片上集成了可以通過(guò)I2C定制的回路，因此在導(dǎo)入時(shí)幾乎沒(méi)有增加額外的設(shè)計(jì)工作。當(dāng)需要增加功能時(shí)，只需重寫(xiě)內(nèi)部寄存器即可處理，無(wú)需重新設(shè)計(jì)信號(hào)傳輸路徑等硬件。
　在這篇文章（前篇）中，我們解說(shuō)了新產(chǎn)品THCS253/THCS254 與原有產(chǎn)品相比的變化點(diǎn)。也就是除了對(duì)應(yīng)GPIO之外還對(duì)應(yīng)I2C，并介紹了能以高自由度定制I/O部分的優(yōu)勢(shì)（圖5）。
 
　本篇的后篇中，會(huì)就這一變化點(diǎn)進(jìn)行更詳細(xì)的說(shuō)明，此外還將就另一個(gè)變化點(diǎn)「同步/非同步模式的導(dǎo)入」進(jìn)行解說(shuō)。

以上