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在FA設(shè)備、醫(yī)療設(shè)備、安保設(shè)備、交通設(shè)備等工業(yè)用電子設(shè)備的設(shè)計(jì)開發(fā)現(xiàn)場(chǎng)，信號(hào)線相關(guān)的問題不在少數(shù)。例如「由于制造裝置的配置發(fā)生了變化，需要延長(zhǎng)信號(hào)線的傳輸距離」、「想讓信號(hào)線更細(xì)更輕以方便布線」；或是「因監(jiān)控距離較遠(yuǎn)，需要用光纖傳輸影像信號(hào)」和「因?yàn)樾枰浪缐m，想要使用無線傳輸」等。要解決這些問題方法可能有很多種。其中本公司的「IOHA:B」因?yàn)樽詈?jiǎn)單快速能解決問題而備受矚目。
IOHA:B是一種半導(dǎo)體芯片（串行收發(fā)器IC），它以兩對(duì)差動(dòng)線取代了連接設(shè)備或電路板之間的并聯(lián)形式的信號(hào)線（圖1）；也就是說它只需要2對(duì)差動(dòng)線（4條信號(hào)線）即可取代30多條并聯(lián)形式的信號(hào)線。因此可以輕松地延長(zhǎng)傳輸距離、使信號(hào)線更細(xì)、更輕。此外，還可以通過連接無線通信模組來使用無線傳輸；或連接光纖傳輸模組來使用光纖傳輸。
IOHA:B是一種半導(dǎo)體芯片（串行收發(fā)器IC），它以兩對(duì)差動(dòng)線取代了連接設(shè)備或電路板之間的并聯(lián)形式的信號(hào)線（圖1）；也就是說它只需要2對(duì)差動(dòng)線（4條信號(hào)線）即可取代30多條并聯(lián)形式的信號(hào)線。因此可以輕松地延長(zhǎng)傳輸距離、使信號(hào)線更細(xì)、更輕。此外，還可以通過連接無線通信模組來使用無線傳輸；或連接光纖傳輸模組來使用光纖傳輸。
圖1 「IOHA:B」的概念
使用機(jī)械臂的展示引人注目
IOHA:B使用方便并且效果好。所以我們想讓更多遇到信號(hào)線問題的工程師了解這款半導(dǎo)體芯片。
因此在2023年4月底，當(dāng)年的新進(jìn)員工茅野被OJT導(dǎo)師分發(fā)了一個(gè)課題。這個(gè)課題是「開發(fā)并通過展示向潛在用戶充分傳達(dá)IOHA:B的吸引力?！共⑶乙苍O(shè)定了開發(fā)期限--必須在同年10月底舉行的展覽會(huì)上展示，也就是說開發(fā)時(shí)間只有半年。
在這么短的時(shí)間內(nèi)要制作出怎么樣的展示呢？導(dǎo)師并沒有具體指示，也就是說他必須自己考慮展示內(nèi)容。經(jīng)過多方討論，最終決定進(jìn)行機(jī)械臂的展示，以便為讓參觀者看到華麗的動(dòng)作?！冈诰W(wǎng)絡(luò)上搜尋機(jī)械臂后，我們認(rèn)為樂高的『 教育版LEGO Mindstorms EV3 』 是最佳選擇?！?br> 此時(shí)，茅野的腦海中已經(jīng)清晰地浮現(xiàn)出展示的畫面。將IOHA:B（型號(hào)「THCS253」）放置在機(jī)械臂的基板和控制它的控制器基板上。機(jī)械臂上裝有相機(jī)模組、TOF（Time of Flight）傳感器、加速度傳感器、亮度傳感器、電流傳感器、溫度傳感器等各種傳感器，它們的輸出通過THCS253集成，然后串行傳輸?shù)娇刂破魃?。各種傳感器的數(shù)據(jù)顯示在顯示器上；同時(shí)，控制器上會(huì)生成能控制機(jī)械臂上的多個(gè)馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)方向和速度的信號(hào)。這個(gè)系統(tǒng)是使用THCS253將這些信號(hào)集成并串行傳輸?shù)綑C(jī)械臂上，來使機(jī)械臂移動(dòng)的。
展示將于十月底進(jìn)行，正好是萬圣節(jié)期間。所以計(jì)劃用機(jī)械臂抓取糖果并分發(fā)給參觀者，以此為契機(jī)，讓參觀者有興趣聆聽包括IOHA:B在內(nèi)的各種產(chǎn)品和技術(shù)的說明。
因此在2023年4月底，當(dāng)年的新進(jìn)員工茅野被OJT導(dǎo)師分發(fā)了一個(gè)課題。這個(gè)課題是「開發(fā)并通過展示向潛在用戶充分傳達(dá)IOHA:B的吸引力?！共⑶乙苍O(shè)定了開發(fā)期限--必須在同年10月底舉行的展覽會(huì)上展示，也就是說開發(fā)時(shí)間只有半年。
在這么短的時(shí)間內(nèi)要制作出怎么樣的展示呢？導(dǎo)師并沒有具體指示，也就是說他必須自己考慮展示內(nèi)容。經(jīng)過多方討論，最終決定進(jìn)行機(jī)械臂的展示，以便為讓參觀者看到華麗的動(dòng)作?！冈诰W(wǎng)絡(luò)上搜尋機(jī)械臂后，我們認(rèn)為樂高的『 教育版LEGO Mindstorms EV3 』 是最佳選擇?！?br> 此時(shí)，茅野的腦海中已經(jīng)清晰地浮現(xiàn)出展示的畫面。將IOHA:B（型號(hào)「THCS253」）放置在機(jī)械臂的基板和控制它的控制器基板上。機(jī)械臂上裝有相機(jī)模組、TOF（Time of Flight）傳感器、加速度傳感器、亮度傳感器、電流傳感器、溫度傳感器等各種傳感器，它們的輸出通過THCS253集成，然后串行傳輸?shù)娇刂破魃?。各種傳感器的數(shù)據(jù)顯示在顯示器上；同時(shí)，控制器上會(huì)生成能控制機(jī)械臂上的多個(gè)馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)方向和速度的信號(hào)。這個(gè)系統(tǒng)是使用THCS253將這些信號(hào)集成并串行傳輸?shù)綑C(jī)械臂上，來使機(jī)械臂移動(dòng)的。
展示將于十月底進(jìn)行，正好是萬圣節(jié)期間。所以計(jì)劃用機(jī)械臂抓取糖果并分發(fā)給參觀者，以此為契機(jī)，讓參觀者有興趣聆聽包括IOHA:B在內(nèi)的各種產(chǎn)品和技術(shù)的說明。
新進(jìn)員工有天文學(xué)背景
茅野的構(gòu)思得到了高度評(píng)價(jià)。 因?yàn)檫@一構(gòu)思不但能充分表現(xiàn)IOHA:B的特征，在視覺上也很有吸引力。而且從機(jī)械臂很容易聯(lián)想到的工業(yè)機(jī)器人也是IOHA:B標(biāo)準(zhǔn)的極具前景的應(yīng)用之一。
開發(fā)/設(shè)計(jì)工作于七月初開始，但茅野的內(nèi)心卻并不平靜。因?yàn)橹钡?月份，他就讀筑波大學(xué)研究生院，從事的還是天文學(xué)的研究，完全沒有電機(jī)/電子回路設(shè)計(jì)或軟件開發(fā)的經(jīng)驗(yàn)。
他著手進(jìn)行的第一件事就是控制器的設(shè)計(jì)，決定使用公司庫存里的單板電腦「樹莓派」，但這是他第一次看到且接觸它?？刂瞥绦蚴怯肞ython語言編寫的，對(duì)他來說也只是在大學(xué)課堂上稍微學(xué)了一下的程度。但開發(fā)/設(shè)計(jì)工作不能停止。于是他在網(wǎng)絡(luò)上找了樹莓派和Python語言的資料，幾天后總算可以開始運(yùn)作起來了。
他也從未接觸過示波器，但自己研究并學(xué)會(huì)了如何使用它，也掌握了如何觀察信號(hào)波形。他一邊盯著示波器屏幕，一邊優(yōu)化了用于馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的PWM信號(hào)的頻率和占空比，成功地讓機(jī)械臂順利動(dòng)作。
下一個(gè)開發(fā)/設(shè)計(jì)任務(wù)是設(shè)計(jì)電路板。大約是在七月中旬左右開始的，需要設(shè)計(jì)兩塊基板。一塊是控制器基板（主板），裝置有THCS253、開關(guān)穩(wěn)壓器IC等（圖2）。另一塊是放置在機(jī)械臂上的基板（次級(jí)板），裝置有THCS253、馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器IC、開關(guān)穩(wěn)壓器IC等。
這項(xiàng)工作相當(dāng)困難。他沒有電路基板設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，也不知道如何使用基板設(shè)計(jì)CAD，所以不知道如何著手。尤其最困難的是處理旁路電容器和鐵氧體磁珠等。他很難理解每一個(gè)的電機(jī)/電子回路的作用，也不清楚如何確定電路常數(shù)。
在這樣的情況下只能依賴其他工程師設(shè)計(jì)的電路基板，以此為參考進(jìn)行自己的電路基板的設(shè)計(jì)。最能成為參考的就是THCS253的評(píng)價(jià)板。雖然由于裝載的功能存在一定差異，無法模仿全部，但還是能采用其中很大一部分。另外，馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器IC的應(yīng)用說明中記載的電路圖和 BOM（物料表）清單也非常有用?！格R達(dá)驅(qū)動(dòng)器IC周邊的電路幾乎是按原樣使用的?！?br> 實(shí)際開始畫電路圖已經(jīng)是八月底了?！感枰O(shè)計(jì)2塊電路基板，這是非常困難的?！?那之后，為了讓外包公司根據(jù)電路圖進(jìn)行基板排布制作了指示說明書。9月26日完成了電路基板排布的檢驗(yàn)，并立即請(qǐng)外包公司制造基板。此時(shí)距離展示機(jī)械臂的展覽會(huì)還剩不到一個(gè)月的時(shí)間。
開發(fā)/設(shè)計(jì)工作于七月初開始，但茅野的內(nèi)心卻并不平靜。因?yàn)橹钡?月份，他就讀筑波大學(xué)研究生院，從事的還是天文學(xué)的研究，完全沒有電機(jī)/電子回路設(shè)計(jì)或軟件開發(fā)的經(jīng)驗(yàn)。
他著手進(jìn)行的第一件事就是控制器的設(shè)計(jì)，決定使用公司庫存里的單板電腦「樹莓派」，但這是他第一次看到且接觸它?？刂瞥绦蚴怯肞ython語言編寫的，對(duì)他來說也只是在大學(xué)課堂上稍微學(xué)了一下的程度。但開發(fā)/設(shè)計(jì)工作不能停止。于是他在網(wǎng)絡(luò)上找了樹莓派和Python語言的資料，幾天后總算可以開始運(yùn)作起來了。
他也從未接觸過示波器，但自己研究并學(xué)會(huì)了如何使用它，也掌握了如何觀察信號(hào)波形。他一邊盯著示波器屏幕，一邊優(yōu)化了用于馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的PWM信號(hào)的頻率和占空比，成功地讓機(jī)械臂順利動(dòng)作。
下一個(gè)開發(fā)/設(shè)計(jì)任務(wù)是設(shè)計(jì)電路板。大約是在七月中旬左右開始的，需要設(shè)計(jì)兩塊基板。一塊是控制器基板（主板），裝置有THCS253、開關(guān)穩(wěn)壓器IC等（圖2）。另一塊是放置在機(jī)械臂上的基板（次級(jí)板），裝置有THCS253、馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器IC、開關(guān)穩(wěn)壓器IC等。
圖2 使用機(jī)械臂進(jìn)行演示的模塊圖
這項(xiàng)工作相當(dāng)困難。他沒有電路基板設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，也不知道如何使用基板設(shè)計(jì)CAD，所以不知道如何著手。尤其最困難的是處理旁路電容器和鐵氧體磁珠等。他很難理解每一個(gè)的電機(jī)/電子回路的作用，也不清楚如何確定電路常數(shù)。
在這樣的情況下只能依賴其他工程師設(shè)計(jì)的電路基板，以此為參考進(jìn)行自己的電路基板的設(shè)計(jì)。最能成為參考的就是THCS253的評(píng)價(jià)板。雖然由于裝載的功能存在一定差異，無法模仿全部，但還是能采用其中很大一部分。另外，馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器IC的應(yīng)用說明中記載的電路圖和 BOM（物料表）清單也非常有用?！格R達(dá)驅(qū)動(dòng)器IC周邊的電路幾乎是按原樣使用的?！?br> 實(shí)際開始畫電路圖已經(jīng)是八月底了?！感枰O(shè)計(jì)2塊電路基板，這是非常困難的?！?那之后，為了讓外包公司根據(jù)電路圖進(jìn)行基板排布制作了指示說明書。9月26日完成了電路基板排布的檢驗(yàn)，并立即請(qǐng)外包公司制造基板。此時(shí)距離展示機(jī)械臂的展覽會(huì)還剩不到一個(gè)月的時(shí)間。
剩余3周時(shí)間時(shí)電源仍無法開啟
2塊完成的電路基板于10月6日回到茅野手上。立即嘗試了一下，但根本無法運(yùn)作；確切地說是電源打不開。距離展覽會(huì)還有不到3周的時(shí)間了，茅野和導(dǎo)師都不僅感到焦急。
無法運(yùn)作的原因是因?yàn)橛卸鄠€(gè)設(shè)計(jì)錯(cuò)誤。于是他們迅速著手將設(shè)計(jì)錯(cuò)誤一一消除。首先發(fā)現(xiàn)了電源打不開的原因是接線錯(cuò)誤。但已經(jīng)沒有時(shí)間再重做電路基板了，解決方法是對(duì)電線進(jìn)行改造。
這樣一來終于可以打開電源了。接下來開始檢查各種功能的運(yùn)作。各傳感器之間通過I2C總線進(jìn)行的數(shù)據(jù)通信運(yùn)作正常，但機(jī)械臂的馬達(dá)根本不動(dòng)。即便從控制器發(fā)出各種控制信號(hào)也完全沒反應(yīng)。當(dāng)他們仔細(xì)檢查兩塊基板上的接線查找原因時(shí)，發(fā)現(xiàn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器IC和THCS253的接線有錯(cuò)誤。由于沒有時(shí)間重做基板了，所以決定通過跳線來修復(fù)它。最后在10月20日完成了基本功能運(yùn)作的檢查（圖3），總算趕上了5天后開始的展覽會(huì)。
無法運(yùn)作的原因是因?yàn)橛卸鄠€(gè)設(shè)計(jì)錯(cuò)誤。于是他們迅速著手將設(shè)計(jì)錯(cuò)誤一一消除。首先發(fā)現(xiàn)了電源打不開的原因是接線錯(cuò)誤。但已經(jīng)沒有時(shí)間再重做電路基板了，解決方法是對(duì)電線進(jìn)行改造。
這樣一來終于可以打開電源了。接下來開始檢查各種功能的運(yùn)作。各傳感器之間通過I2C總線進(jìn)行的數(shù)據(jù)通信運(yùn)作正常，但機(jī)械臂的馬達(dá)根本不動(dòng)。即便從控制器發(fā)出各種控制信號(hào)也完全沒反應(yīng)。當(dāng)他們仔細(xì)檢查兩塊基板上的接線查找原因時(shí)，發(fā)現(xiàn)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)器IC和THCS253的接線有錯(cuò)誤。由于沒有時(shí)間重做基板了，所以決定通過跳線來修復(fù)它。最后在10月20日完成了基本功能運(yùn)作的檢查（圖3），總算趕上了5天后開始的展覽會(huì)。
圖3 試作展示的整體圖
半導(dǎo)體世界的競(jìng)爭(zhēng)
「接觸機(jī)械臂并收到了糖果的人們很開心地聽了IOHA:B的說明?！?br>
圖4 機(jī)械臂展示
展覽會(huì)上許多參觀者都來到THine Electronics的展位并觀看了機(jī)械臂的展示（圖4）。 實(shí)際在對(duì)參觀者的問卷調(diào)差中，超過80%的人回答說這次展示很有趣，感到很滿足。為了展覽會(huì)付出的努力是值得的，也得到了很好的成果。
茅野于11月1日，展覽會(huì)結(jié)束后立即被分配到開發(fā)部。在那里，他已經(jīng)開始從事半導(dǎo)體芯片的設(shè)計(jì)與評(píng)估等業(yè)務(wù)，而這也是他希望從事的工作?！溉毡镜漠a(chǎn)機(jī)業(yè)雖然在全面下滑，但只有半導(dǎo)體不一樣。2022年的半導(dǎo)體供貨不足造成了騷動(dòng)，且最近國(guó)內(nèi)也不斷新建了半導(dǎo)體工廠。在這樣充滿活力的行業(yè)好好努力，將來一定能愉快地進(jìn)行有價(jià)值的工作?！?/div>
茅野于11月1日，展覽會(huì)結(jié)束后立即被分配到開發(fā)部。在那里，他已經(jīng)開始從事半導(dǎo)體芯片的設(shè)計(jì)與評(píng)估等業(yè)務(wù)，而這也是他希望從事的工作?！溉毡镜漠a(chǎn)機(jī)業(yè)雖然在全面下滑，但只有半導(dǎo)體不一樣。2022年的半導(dǎo)體供貨不足造成了騷動(dòng)，且最近國(guó)內(nèi)也不斷新建了半導(dǎo)體工廠。在這樣充滿活力的行業(yè)好好努力，將來一定能愉快地進(jìn)行有價(jià)值的工作?！?/div>
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