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【减少89%的布线】序列化GPIO和繁杂的信号的远距离传输解决方案

2022/09/14

新闻稿 NEW

IOHA:B是一款可集结和延长基板与设备间的信号，并可作为串行/并行转换器用于各种用途上的串行收发器IC。因为只在物理层发生转换，所以不需要外部控制；只需连接就可以进行通信。

通过IOHA:B连接传感器和控制信号

　将35bit I/O汇集成2对差动信号进行全双工的双向通信，最大可实现节约89%的布线的效果。
内置的适应型均衡器可与各种传输媒体相容，无论距离远近都能自动保持最佳信号质量。
　具有I/O的HUB的含义，所以昵称为「IOHA:B」。

图1 IOHA：B能汇集各种信号

IOHA:B 将解决问题

■Before：想对设备内／设备间往来的多种信号线进行改进

　在SoC/FPGA/MCU的IO输出较多的设计中，基板间/设备内/设备间的配线总会增多，会造成很多问题。

举几个问题的关键词：

太多／太粗／太大／太重／繁杂／太短／顽固／杂音

等等。

图2 Before : 随着IO数量增加，基板间配线也跟着增加

■After：采用 IOHA:B＋金属线的简洁设计

　通过在其上放置一组IOHA:B，就可以一次性采集繁多的GPIO・低速信号，使基板间/设备内/设备间的传输变得整齐划一。
　最多可整合35条信号。通过2对（＝4根）线来进行串行传输，可达到节省89%的配线的效果。由于基板间/设备内/设备间的配线减少，就可以选择更少的连接器。
　另一个优点是只需放置即可轻松连接。在基板上设定好输入输出的配线与接线头的L/H并用线连接；然后打开电源即可开始通信，无需缓存设定等软降上的控制。
　最后，IOHA:B的差动线是时钟嵌入型串行解串器，可以抑制EMI噪音的辐射。同时，8B10B调制可取得DC平衡，可使传输变得稳固。
综上所述，解决的关键词可列举为：

更少／更细／更小／更轻／更简单／更少／更灵活／更安静

图3 After : 干净的传输路径

IOHA:B 灵活的采样方式

　信号采样有2种方法。
　第1种是内部OSC方式：是使用IOHA:B内置的内部振荡信号的采样方法。
在这种模式下，无需外部的标准时钟输入。将许多非同期输入信号过采样后串行⇒解串后输出；并在主动⇒从动、从动⇒主动的双向下进行。
　由于不需要外部REF输入，因此可以与仅装载电源与传感器的基板进行双向通信。振荡频率可选择20/40/80MHz(图4）。

图4 内部OSC采样以汇集繁多的双向非同期信号

　第2种是外部REF方式。
　这是一种由外部输入的标准信号驱动的模式。可将图像信号等的标准时钟的同期信号串行后传输，同时也可将并行的控制信号与传感器之间的反馈信号等非同期信号也通过标准时钟来过采样；并同样能传输与图像信号反方向的非同期信号（图5）。外部REF的输入频率范围在9～100MHz。

图5 外部REF采样将非同期信号与同期信号汇集在一起

通过外部连接头简单设定发送/接收方向

　I/O的传输方向（下游、上游）可通过外部连接头简单地设定。将I/O连接头的极性用3种Pin的0/1来设定，可以从6种类型中选择。（图6、图7）。

图6 I/O极性设定案例（下游18根、上游17根）

图7 6种I/O极性设定

适应型均衡器带来灵活的传输路径设计

　适应型均衡器监视着每个主从模式下接收端的输入波形。
　无论是只求节省配线效果的近距离连接的情况下，还是在节省配线的同时还需要延长与远处基板连接的远距离传输连接的情况下，或者这两种情况都有可能发生等，无论何种情况下都无需固件的设定，可自动保持最佳的通信状态。
　另外，即便是伴随设备的动作部分线需要移动、或是使用集电环等多种传输媒体的系统上的数据传输，适应型均衡器也能维持传输品质。

图8 内置的适应型均衡器可对应各种传输媒体

在线的选择上也提供了灵活性

　IOHA:B的差动线采用了本公司拿手的高速差动信号--V-by-One®HS技术。因此，IOHA：B继承了V-by-One HS的一大优势：「无需选择线即可传输」。IOHA:B也无需选择线。换句话说，这个优势就是使用者可以可以根据环境和用途自由选择易于使用的线。
　图9是产业机械上使用的具有代表性的线的性能比较表。我们认为线的选择会根据重视的测评项目不同而改变，而IOHA:B可与其中任何一种线搭配适用。

图9 线的种类及其性能比较

其他各种IOHA：B的特征

　IOHA:B除上述内容外，还有以下功能。这可以赋予设计灵活性并带来传输路径的稳定性。

・装备5V时钟缓冲器（8bit）　
　→使设计更灵活
・与光转换固件・无限转换固件的亲和性　
　→实现灵活的传输路径选择与应用
・装载SSCG　（降低EMI）　
　→抑制噪音来稳定传输
・数字化的噪声滤波器　
　→抑制噪音来稳定传输

我们还与广濑电机合作，使用他们的AOC线「BF4M」来提供高速绝缘光传输方案。对试图建立光传输的用户来说是最合适的方案了。

　此外，只需将IOHA:B固件放在基板上，传输路径部分就会变得稳定。那之后基板上装载的部件和部件配置即使有变化，因为传输路径已经固定，就可以避免对传输路径的各种大规模设计更改。这样一来通过IOHA:B将传输部分的设计标准化以后，就可以将设计者从一旦功能和信号线有追加，就需要每次都进行整体的设计更改这样繁琐的工作中解放出来。