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THine Electronics于2023年7月推出了新型串行收發器IC（SerDes收發器IC）產品「THCS253/THCS254」。 新產品的名稱是「IOHA:B」（發音為I-O-Hab）。
本篇是解說這一新產品的后篇。前篇中，除新產品的特征以外，也介紹了與原有產品「THCS251/THCS252」的變化--「對應GPIO（通用輸入輸出）與I2C」的內容，解說了對用戶有利之處。后篇會更詳細解說這一變化，并會介紹另一個變化--「導入同步/非同步模式」。
本篇是解說這一新產品的后篇。前篇中，除新產品的特征以外，也介紹了與原有產品「THCS251/THCS252」的變化--「對應GPIO（通用輸入輸出）與I2C」的內容，解說了對用戶有利之處。后篇會更詳細解說這一變化，并會介紹另一個變化--「導入同步/非同步模式」。
任意定制I/O
這次的新產品THCS253/THCS254其基本功能是將原本通過多條信號線傳輸的并聯傳輸改為僅通過2對差動線進行的串聯傳輸。使用此新產品，能將34條信號線減少為4條，削減率高達88％。且在減輕配線線纜重量的同時還能延長傳輸距離。正如前篇所述，對用戶有利之處有很多。
但這一基本功能與原有產品THCS251/THCS252是完全一樣的，并沒有創新。新產品在繼承了原有產品的這一功能外，還增加了2大變化。這就是開頭介紹的在GPIO以外還對應I2C；以及導入同步/非同步模式。
首先詳細解說一下第1個變化--在GPIO以外還對應I2C。這一變化內容在前篇中也已簡單介紹過。也就是在集成多個GPIO以外，還能集成一或兩個系統的I2C進行串聯傳輸。這為用戶提供了很大的優勢。為什么呢？因為使用I2C重寫內部寄存器，就能靈活定制I/O（輸入輸出接口）部分。
以下是具體說明。在電子設備上使用新產品THCS253/THCS254時，準備兩片相同芯片（IC），用PSSEL端子將其中一片指定為主芯片，另一片作為副芯片。能使用的GPIO線數為THCS253最多32根、THCS254最多20根。例如THCS253默認設定為GPI（通用輸入）為16根、GPO（通用輸出）也為16根的端子構造(圖1)。
這些GPI與GPO的線數可由用戶任意設定。因為只要通過I2C重寫內部寄存器后，就能為每個端子指定GPI或GPO。圖2是具體案例（將各端子分配至GPIO與 I2S、SPI、UART的輸入/輸出上的案例）。
原有產品THCS251/THCS252的GPI與GPO線數也能由客戶指定，但這些線數比率最多也就只能分4階段選擇。也就是說定制I/O部件的自由度要比新產品低。
除了設計對象的電子設備需要進行追加新功能等緊急設計變更的情況以外，在為將來的機型轉換或為方便追加功能而尋求標準化設計時，I/O部件的定制也能發揮極大的效果。一般來說需要設計變更或機型轉換、功能追加等，需要為了實現新功能而增加回路，I/O端子的線數就會增加，I/O端子的位置關系也可能會變化。原有產品的I/O部件定制自由度不夠高，有時仍需要對信號傳輸路線等硬件重新進行設計。但使用這次的新產品，就可以任意定制I/O，更靈活地對應設計變更和功能追加。因此極大概率能避免硬件的重新設計；避免拖延設計期間，增加設計成本等情況的發生。
但這一基本功能與原有產品THCS251/THCS252是完全一樣的，并沒有創新。新產品在繼承了原有產品的這一功能外，還增加了2大變化。這就是開頭介紹的在GPIO以外還對應I2C；以及導入同步/非同步模式。
首先詳細解說一下第1個變化--在GPIO以外還對應I2C。這一變化內容在前篇中也已簡單介紹過。也就是在集成多個GPIO以外，還能集成一或兩個系統的I2C進行串聯傳輸。這為用戶提供了很大的優勢。為什么呢？因為使用I2C重寫內部寄存器，就能靈活定制I/O（輸入輸出接口）部分。
以下是具體說明。在電子設備上使用新產品THCS253/THCS254時，準備兩片相同芯片（IC），用PSSEL端子將其中一片指定為主芯片，另一片作為副芯片。能使用的GPIO線數為THCS253最多32根、THCS254最多20根。例如THCS253默認設定為GPI（通用輸入）為16根、GPO（通用輸出）也為16根的端子構造(圖1)。
圖1 默認的I/O設定（THCS253）
這些GPI與GPO的線數可由用戶任意設定。因為只要通過I2C重寫內部寄存器后，就能為每個端子指定GPI或GPO。圖2是具體案例（將各端子分配至GPIO與 I2S、SPI、UART的輸入/輸出上的案例）。
圖2 通過重寫內部寄存器定制I/O
原有產品THCS251/THCS252的GPI與GPO線數也能由客戶指定，但這些線數比率最多也就只能分4階段選擇。也就是說定制I/O部件的自由度要比新產品低。
除了設計對象的電子設備需要進行追加新功能等緊急設計變更的情況以外，在為將來的機型轉換或為方便追加功能而尋求標準化設計時，I/O部件的定制也能發揮極大的效果。一般來說需要設計變更或機型轉換、功能追加等，需要為了實現新功能而增加回路，I/O端子的線數就會增加，I/O端子的位置關系也可能會變化。原有產品的I/O部件定制自由度不夠高，有時仍需要對信號傳輸路線等硬件重新進行設計。但使用這次的新產品，就可以任意定制I/O，更靈活地對應設計變更和功能追加。因此極大概率能避免硬件的重新設計；避免拖延設計期間，增加設計成本等情況的發生。
能定制輸出形式與濾波器
通過進一步活用I2C重寫內部寄存器，用戶還能設定輸出形式與數字噪聲濾波器。輸出形式的選擇有推挽式（Push-pull）與漏極開路（Open Drain）這兩種。數字噪聲濾波器可在每個端子上設定是否安置，且用戶可以選擇過濾的段數（次數）；但是段數（次數）無法進行每個端子分別設定。例如設定為3段（3次）的話，各個端子上的濾波器段數（次數）都會是3段（3次）。
新產品默認裝載1個系統的I2C，但可以通過重寫內部寄存器將2根GPIO分攤到2個系統中。根據設計對象的電子設備不同，在具備SoC的I2C系統之外，有時從外部購買后組裝進系統的觸摸屏和NFC（近場通信）等模組/單元上也會裝載著其他I2C系統。這種時候，能將I2C增加到2個系統就會很方便。當I2C增加到2個系統時（信號線數為4根），THCS253的GPIO為30根、THCS254為18根。
新產品默認裝載1個系統的I2C，但可以通過重寫內部寄存器將2根GPIO分攤到2個系統中。根據設計對象的電子設備不同，在具備SoC的I2C系統之外，有時從外部購買后組裝進系統的觸摸屏和NFC（近場通信）等模組/單元上也會裝載著其他I2C系統。這種時候，能將I2C增加到2個系統就會很方便。當I2C增加到2個系統時（信號線數為4根），THCS253的GPIO為30根、THCS254為18根。
可使用同步模式與非同步模式
接下來就另一個大的變化--同步/非同步模式導入進行解說。原有產品THCS251/THCS252只能使用同步模式，但這次的新產品可使用同步與非同步模式。用戶可通過設定副芯片的端子來選擇使用的模式。
同步模式是指主芯片到副芯片的Downlink（下行）與副芯片到主芯片的Uplink（上行）是在同一個標準時鐘信號下工作的模式。換言之，Downlink（下行）與Uplink（上行）的標準時鐘信號的頻率與位相是完全相同的。實際上，接收從主芯片上傳出的串聯信號（已嵌入時鐘信號的8B10B調制信號），使用副芯片的時鐘數據恢復（CDR：Clock Data Recovery）回路中抽出的時鐘信號來進行Uplink的方案即為同步模式（圖3、圖4）。
另一方面，非同步模式時Downlink與Uplink分別在完全不同的標準時鐘信號下工作。（圖5、圖6）。假設兩者的標準時鐘信號頻率相同，其位相也不同，這就是非同步模式。
同步模式的優勢是無需為副芯片提供標準時鐘信號源；但也有其弊端。那就是只能在主芯片上實現并聯信號的同步導入。副芯片由于使用的標準時鐘信號是從CDR回路中抽出的信號，與導入的并聯信號無關，就會成為非同步導入。這樣一來可同步導入的Downlink雖然可以傳輸高速的圖像/影像信號，但非同步導入的Uplink就無法傳輸高速圖像/影像信號，只能用于傳輸低速的控制信號。
為了消除這一弊端我們導入了非同步模式。主芯片副芯片雙方都能分別提供標準時鐘信號，因此雙方都能同步導入并聯信號。也就是說Downlink與Uplink都能傳輸高速的圖像/影像信號。
但這里有一點還需注意。那就是為主芯片和副芯片提供標準時鐘信號的方法。有2種方法：1是由外部的時鐘信號回路來提供的方法。另1個是由各芯片內置的時鐘振蕩回路（內部OSC）提供的方法。前者可通過共同使用并聯信號的標準時鐘信號而達到同步導入。但后者由于內部OSC的時鐘信號無法輸出至外部，因此無法共同使用并聯信號的標準時鐘信號，就又會變成非同步導入。因此，用戶需要根據想要通過Downlink與Uplink來傳輸的信號特性來選擇合適的標準時鐘信號提供方法。
同步模式是指主芯片到副芯片的Downlink（下行）與副芯片到主芯片的Uplink（上行）是在同一個標準時鐘信號下工作的模式。換言之，Downlink（下行）與Uplink（上行）的標準時鐘信號的頻率與位相是完全相同的。實際上，接收從主芯片上傳出的串聯信號（已嵌入時鐘信號的8B10B調制信號），使用副芯片的時鐘數據恢復（CDR：Clock Data Recovery）回路中抽出的時鐘信號來進行Uplink的方案即為同步模式（圖3、圖4）。
圖3 同步模式案例（外部輸入時）
圖4 同步模式案例（內部OSC時）
另一方面，非同步模式時Downlink與Uplink分別在完全不同的標準時鐘信號下工作。（圖5、圖6）。假設兩者的標準時鐘信號頻率相同，其位相也不同，這就是非同步模式。
圖5 非同步模式案例（外部輸入時）
圖6 同步模式案例（內部OSC時）
同步模式的優勢是無需為副芯片提供標準時鐘信號源；但也有其弊端。那就是只能在主芯片上實現并聯信號的同步導入。副芯片由于使用的標準時鐘信號是從CDR回路中抽出的信號，與導入的并聯信號無關，就會成為非同步導入。這樣一來可同步導入的Downlink雖然可以傳輸高速的圖像/影像信號，但非同步導入的Uplink就無法傳輸高速圖像/影像信號，只能用于傳輸低速的控制信號。
為了消除這一弊端我們導入了非同步模式。主芯片副芯片雙方都能分別提供標準時鐘信號，因此雙方都能同步導入并聯信號。也就是說Downlink與Uplink都能傳輸高速的圖像/影像信號。
但這里有一點還需注意。那就是為主芯片和副芯片提供標準時鐘信號的方法。有2種方法：1是由外部的時鐘信號回路來提供的方法。另1個是由各芯片內置的時鐘振蕩回路（內部OSC）提供的方法。前者可通過共同使用并聯信號的標準時鐘信號而達到同步導入。但后者由于內部OSC的時鐘信號無法輸出至外部，因此無法共同使用并聯信號的標準時鐘信號，就又會變成非同步導入。因此，用戶需要根據想要通過Downlink與Uplink來傳輸的信號特性來選擇合適的標準時鐘信號提供方法。
待機功能的使用更易于上手
最后介紹一下新產品上使用I2C后實現的3個便利的新功能。
1是「PWM信號生成功能」（圖7）。原有產品可在主芯片的GPIO上輸入可非同步導入的頻率的PWM信號，并集成串聯信號后傳輸至副芯片。但新產品可通過I2C重寫內部寄存器并設定具備生成PWM信號的功能；并且無論在主芯片上還是副芯片上都能生成。在調整液晶平板的背光亮度、LED調光、馬達驅動等用途上都能用到。
2是「I/O擴展器功能」（圖8）。這個功能就是在I2C與GPIO之間進行數據轉換，然后傳輸到主芯片或副芯片上?？蓪2C的串聯數據轉換為GPO的并聯數據后傳輸，或監控GPI上輸入的并聯數據，將其結果儲存至內部寄存器上，再從I2C上作為串聯數據再輸出。看起來就像是I2C端子擴張了，因此稱為I/O擴展器功能?！?br>
第3就是「待機功能」（圖9）。這次的新產品能通過I2C重寫內部寄存器進入待機狀態，或脫離待機狀態?？呻S意設定為從主芯片到副芯片進行進入/脫離待機狀態，還是單獨在副芯片上進入/脫離待機狀態。
待機狀態下消耗電流低至6mA；通常工作時為50～100mA。在待機狀態下，也能在主芯片與副芯片間交換I2C或最大8Bit的GPIO。且待機狀態下仍能繼續通過光電轉換元件進行光傳輸；或通過近距離無線通信元件進行無線傳輸。因此無需斷線就能從正常工作狀態切換至待機狀態。
以上
1是「PWM信號生成功能」（圖7）。原有產品可在主芯片的GPIO上輸入可非同步導入的頻率的PWM信號，并集成串聯信號后傳輸至副芯片。但新產品可通過I2C重寫內部寄存器并設定具備生成PWM信號的功能；并且無論在主芯片上還是副芯片上都能生成。在調整液晶平板的背光亮度、LED調光、馬達驅動等用途上都能用到。
圖7 PWM信號生成功能
2是「I/O擴展器功能」（圖8）。這個功能就是在I2C與GPIO之間進行數據轉換，然后傳輸到主芯片或副芯片上?？蓪2C的串聯數據轉換為GPO的并聯數據后傳輸，或監控GPI上輸入的并聯數據，將其結果儲存至內部寄存器上，再從I2C上作為串聯數據再輸出。看起來就像是I2C端子擴張了，因此稱為I/O擴展器功能?！?br>
圖8 I/O擴展器功能
第3就是「待機功能」（圖9）。這次的新產品能通過I2C重寫內部寄存器進入待機狀態，或脫離待機狀態?？呻S意設定為從主芯片到副芯片進行進入/脫離待機狀態，還是單獨在副芯片上進入/脫離待機狀態。
圖9 待機功能
待機狀態下消耗電流低至6mA；通常工作時為50～100mA。在待機狀態下，也能在主芯片與副芯片間交換I2C或最大8Bit的GPIO。且待機狀態下仍能繼續通過光電轉換元件進行光傳輸；或通過近距離無線通信元件進行無線傳輸。因此無需斷線就能從正常工作狀態切換至待機狀態。
以上
