고속 룰렛 돌리기 사이트 표준 'MIPI'란?？모바일 테두리 돌출、자동차에도 적용 FPGA를 사용하지 않고도 I/O 문제를 간단하게 해결！GPIO와 I2C를 묶어 보내는 시리얼 트랜시버 등장
2023.07.20
- 기사
- 칼럼
현재、산업 장비 시장의 FA 장비、사무용 기기、보안/감시 장비、운송 장비와 같은 전자 기기에서는、카메라 모듈 및 각종 센서의 장착 수가 증가하는 경향이 있음。그 배경에 있는 것은、카메라 모듈의 저가격화 및 사용성 향상、IoT(Internet of Things)에 대한 노력 강화 등이다。물론、카메라 모듈과 각종 센서를 많이 탑재하면、위에서 설명한 전자 기기의 기능과 성능을 비약적룰렛 돌리기 향상시키거나、사용성을 크게 높일 수 있습니다。얻는 이점은 매우 크다。
그러나 다른 한편룰렛 돌리기、설계의 난이도가 높아지는 문제가 발생함。예:、'생산 라인이 길기 때문에、그 전체를 카메라로 감시하려고 하면 영상 데이터의 전송 거리가 부족하다」 「각종 센서로 취득한 데이터를 보내는 케이블의 수가 너무 많아、전자 기기 본체의 무게가 증가합니다.''멀리 떨어진 곳을 카메라로 모니터링하기 위해、영상 데이터의 전송 거리를 1km 정도로 늘리고 싶다」 「산업 기기의 설치 환경이 열악하기 때문에、센서와 연결되는 고속 전송로를 방진 대응룰렛 돌리기 하거나、쉽게 착탈할 수 있도록 하고 싶습니다.' 등。이 문제를 해결하면서、카메라 모듈 및 각종 센서를 필요에 따라 채용하여 전자기기의 기능 및 성능、사용성 향상。이것은 산업 기기 개발자가 현재 가지고 있는 과제이다。
그러나 다른 한편룰렛 돌리기、설계의 난이도가 높아지는 문제가 발생함。예:、'생산 라인이 길기 때문에、그 전체를 카메라로 감시하려고 하면 영상 데이터의 전송 거리가 부족하다」 「각종 센서로 취득한 데이터를 보내는 케이블의 수가 너무 많아、전자 기기 본체의 무게가 증가합니다.''멀리 떨어진 곳을 카메라로 모니터링하기 위해、영상 데이터의 전송 거리를 1km 정도로 늘리고 싶다」 「산업 기기의 설치 환경이 열악하기 때문에、센서와 연결되는 고속 전송로를 방진 대응룰렛 돌리기 하거나、쉽게 착탈할 수 있도록 하고 싶습니다.' 등。이 문제를 해결하면서、카메라 모듈 및 각종 센서를 필요에 따라 채용하여 전자기기의 기능 및 성능、사용성 향상。이것은 산업 기기 개발자가 현재 가지고 있는 과제이다。
병렬 전송을 직렬 전송룰렛 돌리기 대체
이러한 문제를 해결하기 위해、자인 일렉트로닉스는 새로운 시리얼 트랜시버 IC '룰렛 돌리기53/룰렛 돌리기54'를 출시했다。신제품의 별명은 'IOHA:B'(아이오허브와 발음)이다。
신제품은 송신기(송신 회로)、시리얼라이저) 및 수신기(수신 회로、디시리얼라이저)를 1칩에 집적한 것。이 때문에 SerDes 트랜시버 IC라고도 함。신제품 2개 준비、하나를 기본 칩룰렛 돌리기、다른 쪽을 보조 칩에 터미널로 설정하여 사용。이들 사이는、2쌍의 차동 라인룰렛 돌리기 연결、하향 링크(업링크)、다른 하나를 다운링크(하향)로 설정。즉、상향 및 하향 신호선을 각각 별도로 설치함룰렛 돌리기써 송수신을 동시에 실시하는 전이중 통신 방식을 실현할 수 있다。수많은 신호선룰렛 돌리기 구성된 병렬 전송、단지 2쌍의 차동 라인룰렛 돌리기 직렬 전송룰렛 돌리기 대체하는 것과 같은 사용법을 가정합니다(그림 1)。
구체적인 애플리케이션은、전자 기기의 기기 간、그 내부 보드 간의 데이터 전송。기기와 보드 사이를 연결하는 30개가 넘는 수많은 신호 라인이 단지 2쌍의 차동 라인(4개의 신호 라인)에 묶여 있기 때문에、배선 케이블 수를 줄이고 총 중량을 줄이는 것 외에도、전송 거리의 연장 등을 실현할 수 있다。즉, 처음에 소개한 모든 문제를 해결할 수 있습니다。
실은 자인 일렉트로닉스는 이미、대략 같은 사용법이 가능한 시리얼 트랜시버 IC의 종래품 「룰렛 돌리기51/룰렛 돌리기52」를 2019년 말에 제품화하고 있었다。이번 시장에 투입한 신제품인 룰렛 돌리기53/룰렛 돌리기54는、기존 제품의 후속 버전에 해당。신제품에서는、기존 제품이 가지고 있던 기본 기능을 그대로 계승하면서、새로운 큰 변경。변경은、다발된 신호선으로 여러 개의 GPIO(범용 입출력) 외에、I2C를 추가한 것。룰렛 돌리기53은 GPIO 최대 32개、룰렛 돌리기54는 최대 20개를 준비한 것 외에、양 제품 모두 I2C를 탑재하고 있습니다、GPIO와 함께 번들로 직렬 전송 가능。
신제품은 송신기(송신 회로)、시리얼라이저) 및 수신기(수신 회로、디시리얼라이저)를 1칩에 집적한 것。이 때문에 SerDes 트랜시버 IC라고도 함。신제품 2개 준비、하나를 기본 칩룰렛 돌리기、다른 쪽을 보조 칩에 터미널로 설정하여 사용。이들 사이는、2쌍의 차동 라인룰렛 돌리기 연결、하향 링크(업링크)、다른 하나를 다운링크(하향)로 설정。즉、상향 및 하향 신호선을 각각 별도로 설치함룰렛 돌리기써 송수신을 동시에 실시하는 전이중 통신 방식을 실현할 수 있다。수많은 신호선룰렛 돌리기 구성된 병렬 전송、단지 2쌍의 차동 라인룰렛 돌리기 직렬 전송룰렛 돌리기 대체하는 것과 같은 사용법을 가정합니다(그림 1)。
그림 1 병렬 전송을 직렬 전송룰렛 돌리기 대체
구체적인 애플리케이션은、전자 기기의 기기 간、그 내부 보드 간의 데이터 전송。기기와 보드 사이를 연결하는 30개가 넘는 수많은 신호 라인이 단지 2쌍의 차동 라인(4개의 신호 라인)에 묶여 있기 때문에、배선 케이블 수를 줄이고 총 중량을 줄이는 것 외에도、전송 거리의 연장 등을 실현할 수 있다。즉, 처음에 소개한 모든 문제를 해결할 수 있습니다。
실은 자인 일렉트로닉스는 이미、대략 같은 사용법이 가능한 시리얼 트랜시버 IC의 종래품 「룰렛 돌리기51/룰렛 돌리기52」를 2019년 말에 제품화하고 있었다。이번 시장에 투입한 신제품인 룰렛 돌리기53/룰렛 돌리기54는、기존 제품의 후속 버전에 해당。신제품에서는、기존 제품이 가지고 있던 기본 기능을 그대로 계승하면서、새로운 큰 변경。변경은、다발된 신호선으로 여러 개의 GPIO(범용 입출력) 외에、I2C를 추가한 것。룰렛 돌리기53은 GPIO 최대 32개、룰렛 돌리기54는 최대 20개를 준비한 것 외에、양 제품 모두 I2C를 탑재하고 있습니다、GPIO와 함께 번들로 직렬 전송 가능。
광화/무선화에도 쉽게 대응
이번 신제품은、기존 제품인 룰렛 돌리기51/룰렛 돌리기52의 이점은 그대로、새로운 이점을 사용자에게 제공할 수 있음。우선 기존 제품에서 상속된 이점을 확인합니다。이점은 크게 6가지。
첫 번째는、병렬 전송이 직렬 전송으로 대체되기 때문에、배선 케이블 수를 줄일 수 있습니다。예:、이번 신제품인 룰렛 돌리기53이면、34개(32개의 GPIO+1 계통의 I2C)의 신호선을 약간 차동 2쌍(4개)으로 줄일 수 있음。즉, 배선 케이블 수는 최대 88%까지 줄일 수 있는 계산입니다。이 결과、34개의 배선 케이블을 통과할 수 없었던 좁은 공간에서도 통과할 수 있게 됨。예:、잉크제크 프린터와 같은 전자 기기의 소형화에 기여。
두 번째는、배선 케이블의 총 중량을 줄이는 것。배선 케이블 수를 대폭 줄일 수 있기 때문。이 효과는 크다。예:、드론 본체를 경량화할 수 있으므로、배터리 구동 시간을 늘리세요、더 긴 시간 비행 가능。
세 번째는、배선 케이블의 연결 작업을 간소화할 수 있는 것。연결해야 하는 케이블 수가 줄어들기 때문。이 결과、배선 실수를 줄이거나、작업 효율성 향상을 도모할 수 있습니다。
네 번째는、신호 품질(신호 무결성)을 유지하면서、전송 거리를 늘리는 것。병렬 전송에서、클럭 주파수가 100MHz인 경우 전송 가능한 거리는 최대 1m。한쪽、직렬 전송에 대해、전송된 신호의 주파수 특성을 보상하여 파형 정형하는 연속 시간 리니어 이퀄라이저(CTLE: Continues Time Linear Equalizer)를 수신 회로에 탑재했기 때문에、전송 거리는 사용하는 배선 케이블의 품질에 따라 다르지만、클럭 주파수가 100MHz인 경우(전송 속도는 3.0Gbit/s)로 약 10m까지 연장。
다섯 번째는、전자기 노이즈(EMI: Electro-Magnetic Interference)의 방사 레벨을 억제할 수 있음。2가지 이유。하나는、클럭 신호가 내장된 SerDes 회로를 채택하는 것。다른 하나、전송 매체가 2개의 신호선룰렛 돌리기 구성되는 차동 케이블이기 때문。각 신호선에서 방출되는 잡음은 상쇄됨。
여섯 번째는、설계의 공통화가 가능한 것。기존 제품인 룰렛 돌리기51、최대 35개의 GPIO를 준비했지만、이 모든 것을 다 사용하는 유스 케이스가 거의 없습니다。남은 터미널(빈 터미널) 발생。이를 효과적으로 활용하여 설계를 공통화할 수 있습니다。예:、남은 터미널 사용、미리컴퓨터/FPGA와 커넥터를 미리 연결해 둡니다。이렇게 하면 여러 기종에서 기능이 약간 다르더라도、신호 전송 경로와 같은 하드웨어 설계는 그대로、남은 단자에 새로운 신호를 할당하는 것만으로 기능의 차이를 흡수할 수 있었습니다。게다가 기존의 룰렛 돌리기51/룰렛 돌리기52는、범용 입력(GPI)과 범용 출력(GPO)의 개수 비율을 4단계로 설정할 수 있는 기능을 갖추고 있습니다。이것을 사용하면、기능의 차이를 흡수할 수 있는 범위를 넓힐 수 있습니다。즉、하나의 하드웨어 설계만으로 여러 모델을 실현하는 설계의 공통화가 가능했던 것이다。
이러한 이점 외에도、큰 특징이 또 하나 있습니다。그것、광화와 무선화가 간단하다。위에서 설명한 대로、신제품은 다운링크(하향) 및 업링크(업링크)의 전송로를 각각 준비한 전이중 통신 방식을 채용하고 있다。따라서、각각의 광전 변환 장치、또는 근거리 무선 통신 장치(밀리미터파 통신 장치)만 연결하면、기기 간 및 보드 간 연결 광화、또는 무선화 가능。이 결과、응용 범위가 크게 확장됨。광화하면、2개의 전자 기기의 거리가 수 10~수 100m로 크게 떨어져 있는 용도나、노이즈 환경이 열악한 용도、전기적인 절연이 요구되는 용도에도 적용 가능(그림 2)。
한쪽、무선화를 채택하면、공장 등에서 방진이 요구되는 용도나、전기적인 절연이 요구되는 용도에 사용할 수 있게 된다(그림 3)。
첫 번째는、병렬 전송이 직렬 전송으로 대체되기 때문에、배선 케이블 수를 줄일 수 있습니다。예:、이번 신제품인 룰렛 돌리기53이면、34개(32개의 GPIO+1 계통의 I2C)의 신호선을 약간 차동 2쌍(4개)으로 줄일 수 있음。즉, 배선 케이블 수는 최대 88%까지 줄일 수 있는 계산입니다。이 결과、34개의 배선 케이블을 통과할 수 없었던 좁은 공간에서도 통과할 수 있게 됨。예:、잉크제크 프린터와 같은 전자 기기의 소형화에 기여。
두 번째는、배선 케이블의 총 중량을 줄이는 것。배선 케이블 수를 대폭 줄일 수 있기 때문。이 효과는 크다。예:、드론 본체를 경량화할 수 있으므로、배터리 구동 시간을 늘리세요、더 긴 시간 비행 가능。
세 번째는、배선 케이블의 연결 작업을 간소화할 수 있는 것。연결해야 하는 케이블 수가 줄어들기 때문。이 결과、배선 실수를 줄이거나、작업 효율성 향상을 도모할 수 있습니다。
네 번째는、신호 품질(신호 무결성)을 유지하면서、전송 거리를 늘리는 것。병렬 전송에서、클럭 주파수가 100MHz인 경우 전송 가능한 거리는 최대 1m。한쪽、직렬 전송에 대해、전송된 신호의 주파수 특성을 보상하여 파형 정형하는 연속 시간 리니어 이퀄라이저(CTLE: Continues Time Linear Equalizer)를 수신 회로에 탑재했기 때문에、전송 거리는 사용하는 배선 케이블의 품질에 따라 다르지만、클럭 주파수가 100MHz인 경우(전송 속도는 3.0Gbit/s)로 약 10m까지 연장。
다섯 번째는、전자기 노이즈(EMI: Electro-Magnetic Interference)의 방사 레벨을 억제할 수 있음。2가지 이유。하나는、클럭 신호가 내장된 SerDes 회로를 채택하는 것。다른 하나、전송 매체가 2개의 신호선룰렛 돌리기 구성되는 차동 케이블이기 때문。각 신호선에서 방출되는 잡음은 상쇄됨。
여섯 번째는、설계의 공통화가 가능한 것。기존 제품인 룰렛 돌리기51、최대 35개의 GPIO를 준비했지만、이 모든 것을 다 사용하는 유스 케이스가 거의 없습니다。남은 터미널(빈 터미널) 발생。이를 효과적으로 활용하여 설계를 공통화할 수 있습니다。예:、남은 터미널 사용、미리컴퓨터/FPGA와 커넥터를 미리 연결해 둡니다。이렇게 하면 여러 기종에서 기능이 약간 다르더라도、신호 전송 경로와 같은 하드웨어 설계는 그대로、남은 단자에 새로운 신호를 할당하는 것만으로 기능의 차이를 흡수할 수 있었습니다。게다가 기존의 룰렛 돌리기51/룰렛 돌리기52는、범용 입력(GPI)과 범용 출력(GPO)의 개수 비율을 4단계로 설정할 수 있는 기능을 갖추고 있습니다。이것을 사용하면、기능의 차이를 흡수할 수 있는 범위를 넓힐 수 있습니다。즉、하나의 하드웨어 설계만으로 여러 모델을 실현하는 설계의 공통화가 가능했던 것이다。
이러한 이점 외에도、큰 특징이 또 하나 있습니다。그것、광화와 무선화가 간단하다。위에서 설명한 대로、신제품은 다운링크(하향) 및 업링크(업링크)의 전송로를 각각 준비한 전이중 통신 방식을 채용하고 있다。따라서、각각의 광전 변환 장치、또는 근거리 무선 통신 장치(밀리미터파 통신 장치)만 연결하면、기기 간 및 보드 간 연결 광화、또는 무선화 가능。이 결과、응용 범위가 크게 확장됨。광화하면、2개의 전자 기기의 거리가 수 10~수 100m로 크게 떨어져 있는 용도나、노이즈 환경이 열악한 용도、전기적인 절연이 요구되는 용도에도 적용 가능(그림 2)。
그림 2 광화가 용이
한쪽、무선화를 채택하면、공장 등에서 방진이 요구되는 용도나、전기적인 절연이 요구되는 용도에 사용할 수 있게 된다(그림 3)。
그림 3 무선화가 용이하게
가파른 기능을 추가해도 하드 재설계 필요 없음
따라서 자인 일렉트로닉스 시리얼 트랜시버 IC는、기존 제품에서도 위와 같은 여러 장점을 누릴 수 있습니다。이 외에도 신제품 룰렛 돌리기53/룰렛 돌리기54、I2C에 대응하여 I/O(입출력 인터페이스)부의 설계 자유도를 대폭 높일 수 있다는 장점이 있다。
일반적룰렛 돌리기 전자기기 개발 현장에서는、설계에 착수한 후 갑자기、설계 내용을 변경하는 것이 결코 적지 않음。예:、새 기능 추가 등。이 경우 추가되는 기능에 따라 다르지만、서브보드 등과 상호 작용하는 신호 라인이 증가함、신호 전송 경로와 같은 하드웨어 설계를 변경할 수 있음。물론 재설계에 힘쓰면、그것에 소비하는 시간과 기간、비용 증가。
가능하면、가파른 설계 변경이 발생하더라도、하드웨어 재설계를 피하고 싶은 곳。이 경우에、이번 신제품은 큰 효과를 발휘합니다。왜냐하면、I2C를 지원하기 때문에、이를 통해 내부 레지스터에 액세스하고 데이터를 다시 쓰면 각 터미널에 대해 자유롭게 사용자 정의 할 수 있기 때문입니다。즉, 신호 전송 경로와 같은 하드웨어 설계는 그대로、내부 레지스터를 다시 쓰는 것만룰렛 돌리기 기능 추가 등에 매우 유연하게 대응할 수 있게 된다(그림 4)。
종래의 룰렛 돌리기51/룰렛 돌리기52도、위에서 설명한 대로 GPI와 GPO의 수 비율을 4단계로 설정할 수 있는 기능을 탑재하고 있습니다、이것을 활용하면、가파른 설계 변경에 어느 정도 대응할 수 있었습니다。그러나、사용자 정의 가능한 범위는 신제품이 압도적으로 넓습니다。이 때문에 신제품을 사용하면、기존 제품에 비해 설계 변경 시 하드웨어 재설계가 발생할 확률을 크게 낮출 수 있음。
그럼 이번 신제품이 등장하기 전에는、하드웨어 재설계의 발생을 방지하는 효과적인 조치가 존재하지 않았습니까?。물론、FPGA를 사용하면 실현 가능。그러나、큰 단점이 있었다。그것、FPGA 내부 회로 설계 및 PCB 레이아웃 설계와 같은 작업이 발생하여 설계 노력이 늘어난다。추가、비용도 늘어난다。원래 디자인에 착수한 후 기능 추가 등의 변경 가능성이 있기 때문에、I/O부에 미리 FPGA를 도입한다는 판단을 내리는 것은 어렵다고 말할 수 있을 것이다。
그러나 신제품은、I2C를 통해 맞춤형 회로를 하나의 칩에 집적했기 때문에、FPGA와는 달리 배포 시 설계에 어려움이 많습니다。기능 추가가 발생하면 내장 레지스터 재작성만룰렛 돌리기 해결할 수 있기 때문에、신호 전송 경로와 같은 하드웨어를 재설계할 필요가 없습니다.。
본고(전편)에서는、신제품 룰렛 돌리기53/룰렛 돌리기54에서 기존 제품에서 변경된 점、즉, GPIO 외에 I2C에 대응한 것을 설명、그 이점으로서 높은 자유도로 I/O부를 커스터마이즈 할 수 있도록 한 것을 소개했다(그림 5)。
이 기사의후편에서、이 변경 사항에 대해 자세히 설명하는 것 외에도、다른 변경사항인 '동기/비동기 모드 도입'에 대해 설명。
이상
일반적룰렛 돌리기 전자기기 개발 현장에서는、설계에 착수한 후 갑자기、설계 내용을 변경하는 것이 결코 적지 않음。예:、새 기능 추가 등。이 경우 추가되는 기능에 따라 다르지만、서브보드 등과 상호 작용하는 신호 라인이 증가함、신호 전송 경로와 같은 하드웨어 설계를 변경할 수 있음。물론 재설계에 힘쓰면、그것에 소비하는 시간과 기간、비용 증가。
가능하면、가파른 설계 변경이 발생하더라도、하드웨어 재설계를 피하고 싶은 곳。이 경우에、이번 신제품은 큰 효과를 발휘합니다。왜냐하면、I2C를 지원하기 때문에、이를 통해 내부 레지스터에 액세스하고 데이터를 다시 쓰면 각 터미널에 대해 자유롭게 사용자 정의 할 수 있기 때문입니다。즉, 신호 전송 경로와 같은 하드웨어 설계는 그대로、내부 레지스터를 다시 쓰는 것만룰렛 돌리기 기능 추가 등에 매우 유연하게 대응할 수 있게 된다(그림 4)。
그림 4 하드웨어 설계 유연성 향상
종래의 룰렛 돌리기51/룰렛 돌리기52도、위에서 설명한 대로 GPI와 GPO의 수 비율을 4단계로 설정할 수 있는 기능을 탑재하고 있습니다、이것을 활용하면、가파른 설계 변경에 어느 정도 대응할 수 있었습니다。그러나、사용자 정의 가능한 범위는 신제품이 압도적으로 넓습니다。이 때문에 신제품을 사용하면、기존 제품에 비해 설계 변경 시 하드웨어 재설계가 발생할 확률을 크게 낮출 수 있음。
그럼 이번 신제품이 등장하기 전에는、하드웨어 재설계의 발생을 방지하는 효과적인 조치가 존재하지 않았습니까?。물론、FPGA를 사용하면 실현 가능。그러나、큰 단점이 있었다。그것、FPGA 내부 회로 설계 및 PCB 레이아웃 설계와 같은 작업이 발생하여 설계 노력이 늘어난다。추가、비용도 늘어난다。원래 디자인에 착수한 후 기능 추가 등의 변경 가능성이 있기 때문에、I/O부에 미리 FPGA를 도입한다는 판단을 내리는 것은 어렵다고 말할 수 있을 것이다。
그러나 신제품은、I2C를 통해 맞춤형 회로를 하나의 칩에 집적했기 때문에、FPGA와는 달리 배포 시 설계에 어려움이 많습니다。기능 추가가 발생하면 내장 레지스터 재작성만룰렛 돌리기 해결할 수 있기 때문에、신호 전송 경로와 같은 하드웨어를 재설계할 필요가 없습니다.。
본고(전편)에서는、신제품 룰렛 돌리기53/룰렛 돌리기54에서 기존 제품에서 변경된 점、즉, GPIO 외에 I2C에 대응한 것을 설명、그 이점으로서 높은 자유도로 I/O부를 커스터마이즈 할 수 있도록 한 것을 소개했다(그림 5)。
그림 5 IOHA:B(룰렛 돌리기53/254)의 특징
이 기사의후편에서、이 변경 사항에 대해 자세히 설명하는 것 외에도、다른 변경사항인 '동기/비동기 모드 도입'에 대해 설명。
이상