目前，工業設備市場中的工廠自動化設備、辦公設備、安防/監控設備、運輸設備等電子設備上裝載的相機模組和各種傳感器的數量正在不斷增加。這背后的原因是相機模組的價格下降和更易于使用，以及IoT（物聯網）政策的強化。當然，安裝多個相機模組和各種傳感器，能極大地提高上述電子設備的功能和性能，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，也遇到了設計難度增加的問題。例如，「由于生產線較長，影像數據傳輸距離不足以能用監控攝像頭監控整條生產線。」「各種傳感器上采集數據的線纜數量太多，增加了電子設備本身的重量。」「想將影像數據的傳輸距離延長到1km左右，以便于遠程攝像頭監控」「因工業設備的安裝環境較差，希望連接傳感器的高速傳輸路徑能防塵并且容易拆裝。」等。如何在解決這些問題的同時，使相機模組和各種傳感器根據需求來提高電子設備的功能、性能和上手度，這些都是目前工業設備開發商所面臨的問題。

　為了解決這些問題，THine Electronics推出了新型串行收發器IC「THCS253/THCS254」。新產品的名稱是「IOHA:B」（發音為I-O-Hab）。
　新產品是將發送（送信回路、串行器）和接收（收信回路、并行器）集成到一個芯片中。因此，它也被稱為SerDes收發器IC。準備兩片新產品，將其中一片作為主芯片，另一片作為副芯片設置其端子后使用。用兩對差動線連接其間，一對用于Uplink（上行），另一對用于downlink（下行）。換句話說，就是僅通過分別設置上行和下行信號線，就能同時執行傳送和接收的全雙工通信。我們設想的是只利用兩對差動信號線的串聯傳輸來替代由眾多信號線組成的并聯傳輸（圖1）。
 
　具體的應用是電子設備之間或電子設備內部基板間的數據傳輸。可將設備或單板之間連接的30多條信號線集成為2對差動線（4條信號線），減少了布線線纜數量和總重量，并延長傳輸距離。也就是說，它可以解決一開始我們介紹的所有問題。
　其實早在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器IC「THCS251/THCS252」量產化。這次投入市場的新產品THCS253/THCS254是現有產品的后續產品。新產品在繼承原產品基本功能的同時，又增加了重大的新變化。這一變化是除了集成多個GPIO（通用輸入/輸出）信號線之外，還添加了一個或兩個系統的I2C。THCS253最多有32條GPIO，THCS254最多有20條，兩款產品均默認裝載1個I2C系統。此外，如果用戶進行指定的設置，還可以將兩條GPIO分配給I2C。也就是說最多可以兩系統的I2C與GPIO集成在一起進行串聯傳輸。

　這次的新產品可以在保持原有產品THCS251/THCS252的優點的同時為用戶提供新的優勢。首先我們來看看繼承自原有產品的優點，主要有6點。
　第一，可用串聯傳輸代替并聯傳輸，可以減少布線線纜的數量。例如，這次的新產品THCS253，能將34條信號線（32條GPIO+1系統I2C）減少至僅2對（4條）差動線；也就是說布線的線纜數量最多可減少88%。這樣就能通過原本34條布線線纜無法通過的狹窄空間；比如噴墨打印機等電子設備，就對其小型化很有幫助。
　第二，可減輕布線線纜的總重量。這是因為能大大減少布線線纜的數量，這個效果非常大。就比如說，可以減輕無人機本身的重量，因此就可以延長電池的驅動時間，延長飛行時間。
　第三，簡化了布線線纜的連接工作。因為需要連接的線纜數減少，結果就能減少布線上的錯誤，提高作業效率。
　第四，可在維持信號質量（信號完整性）的同時延長傳輸距離。并聯傳輸下，時鐘頻率為100MHz的情況下可傳輸距離最多只有1m。而串聯傳輸時，由于接收回路裝載了連續時間直線均衡器（CTLE：Continues Time Linear Equalizer），能補償接收到的信號的頻率特性并調整波形。雖然傳輸距離取決于使用的布線線纜的品質，但在時鐘頻率為100MHz的情況下（傳輸速度為3.0Gbit/秒）時大約能延長至10m。
　第五，可以抑制電磁噪聲（EMI：Electro-Magnetic Interference）的輻射量。原因有兩個：一是使用了嵌入式時鐘信號的SerDes回路。二是傳輸介質是由2條信號線構成的差動線，這樣每條信號線的輻射噪音會相互抵消。
　第六，可以標準化設計。原有的THCS251最多有35條GPIO，但幾乎沒有會完全使用到的案例，因此就會產生多余的端子（空閑端子）。有效利用這一點就能實現標準化設計。例如事先用多余的端子連接外微型計算機/FPGA與連接器。這樣即使多種機型的功能略有不同，也能不動信號傳輸路線的硬件設計就通過向多余的端子分配新信號來吸收功能上的差異。且原有產品THCS251/THCS252具有能分4個階段來設置通用輸入(GPI)和通用輸出(GPO)線數比率的功能。使用這個功能就能進一步擴大所能吸收的功能差異的范圍。也就是說可以僅靠將一個硬件設計標準化，來實現多種機型的設計。
　因此，分別在兩個路徑中連接光電轉換裝置或近距離無線通信裝置(毫米波通信裝置)，就能將設備或單板間的連接轉化為光傳輸或無線傳輸。如此一來就可以大大擴展應用范圍。光傳輸技術，可以應用于兩個電子設備之間距離長達數十米～數百米的用途上；或是噪音環境較差、需要電氣絕緣的用途上（圖2）。
 
另一方面無線傳輸技術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）。
 

　即使是現有的THine Electronics的串行收發器IC產品，也能享受上述的多重優點。在此基礎上，新產品THCS253/THCS254的優點是對應I2C，大幅增加I/O（輸入/輸出接口）在設計上的靈活性。
　一般來說電子設備的開發現場設計開始后突然改變設計內容的情況并不少見；例如添加新功能等。在這種情況下，根據所追加的功能不同，與子插件等交流信號的線數可能會增加，從而迫使信號傳輸路徑等硬件設計發生變化。當然一旦需要重新設計，所花費的工時、時間與成本也會隨之增加。
　因此即便突然發生設計變更，我們也希望避免重新設計硬件的情況發生。在這種情況下，這次的新產品將會發揮非常大的效果。因為它對應I2C，可以通過它連接內部寄存器并重寫數據來自由定制每個端子。也就是說，再保持信號傳輸路等硬件設計不變的同時，只重寫內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階段設置GPI和GPO線數比例的功能。使用此功能，可以在一定程度上應對突然的設計變更。然而，新產品的可定制范圍比原有產品廣泛得多。因此使用新產品則可以大幅降低設計變更時需重新設計硬件的可能性。
　那么難道說在這款新品上市之前，就沒有有效對策來防止重新設計硬件嗎？ 當然，使用FPGA也能實現這一點。但卻有一個很大的缺點，那就是需要進行FPGA內部的電路設計和印刷電路板布局設計等工作，這就增加了設計工作量，且成本也會增加。可以說很難只因為有可能在設計開始后發生追加功能等變化這一理由，就提前做出在I/O部分導入FPGA的判斷。
　然而，與FPGA不同的是，新產品在1個芯片上集成了可以通過I2C定制的回路，因此在導入時幾乎沒有增加額外的設計工作。當需要增加功能時，只需重寫內部寄存器即可處理，無需重新設計信號傳輸路徑等硬件。
　在這篇文章（前篇）中，我們解說了新產品THCS253/THCS254 與原有產品相比的變化點。也就是除了對應GPIO之外還對應I2C，并介紹了能以高自由度定制I/O部分的優勢（圖5）。
 
　本篇的后篇中，會就這一變化點進行更詳細的說明，此外還將就另一個變化點「同步/非同步模式的導入」進行解說。

以上