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在FA設備、醫(yī)療設備、安保設備、交通設備等工業(yè)用電子設備的設計開發(fā)現(xiàn)場，信號線相關的問題不在少數(shù)。例如「由于制造裝置的配置發(fā)生了變化，需要延長信號線的傳輸距離」、「想讓信號線更細更輕以方便布線」；或是「因監(jiān)控距離較遠，需要用光纖傳輸影像信號」和「因為需要防水防塵，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」因為最簡單快速能解決問題而備受矚目。
IOHA:B是一種半導體芯片（串行收發(fā)器IC），它以兩對差動線取代了連接設備或電路板之間的并聯(lián)形式的信號線（圖1）；也就是說它只需要2對差動線（4條信號線）即可取代30多條并聯(lián)形式的信號線。因此可以輕松地延長傳輸距離、使信號線更細、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是一種半導體芯片（串行收發(fā)器IC），它以兩對差動線取代了連接設備或電路板之間的并聯(lián)形式的信號線（圖1）；也就是說它只需要2對差動線（4條信號線）即可取代30多條并聯(lián)形式的信號線。因此可以輕松地延長傳輸距離、使信號線更細、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線問題的工程師了解這款半導體芯片。
因此在2023年4月底，當年的新進員工茅野被OJT導師分發(fā)了一個課題。這個課題是「開發(fā)并通過展示向潛在用戶充分傳達IOHA:B的吸引力?！共⑶乙苍O定了開發(fā)期限--必須在同年10月底舉行的展覽會上展示，也就是說開發(fā)時間只有半年。
在這么短的時間內(nèi)要制作出怎么樣的展示呢？導師并沒有具體指示，也就是說他必須自己考慮展示內(nèi)容。經(jīng)過多方討論，最終決定進行機械臂的展示，以便為讓參觀者看到華麗的動作。「在網(wǎng)絡上搜尋機械臂后，我們認為樂高的『 教育版LEGO Mindstorms EV3 』 是最佳選擇?！?br> 此時，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「THCS253」）放置在機械臂的基板和控制它的控制器基板上。機械臂上裝有相機模組、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，控制器上會生成能控制機械臂上的多個馬達的旋轉(zhuǎn)方向和速度的信號。這個系統(tǒng)是使用THCS253將這些信號集成并串行傳輸?shù)綑C械臂上，來使機械臂移動的。
展示將于十月底進行，正好是萬圣節(jié)期間。所以計劃用機械臂抓取糖果并分發(fā)給參觀者，以此為契機，讓參觀者有興趣聆聽包括IOHA:B在內(nèi)的各種產(chǎn)品和技術的說明。
因此在2023年4月底，當年的新進員工茅野被OJT導師分發(fā)了一個課題。這個課題是「開發(fā)并通過展示向潛在用戶充分傳達IOHA:B的吸引力?！共⑶乙苍O定了開發(fā)期限--必須在同年10月底舉行的展覽會上展示，也就是說開發(fā)時間只有半年。
在這么短的時間內(nèi)要制作出怎么樣的展示呢？導師并沒有具體指示，也就是說他必須自己考慮展示內(nèi)容。經(jīng)過多方討論，最終決定進行機械臂的展示，以便為讓參觀者看到華麗的動作。「在網(wǎng)絡上搜尋機械臂后，我們認為樂高的『 教育版LEGO Mindstorms EV3 』 是最佳選擇?！?br> 此時，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「THCS253」）放置在機械臂的基板和控制它的控制器基板上。機械臂上裝有相機模組、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，控制器上會生成能控制機械臂上的多個馬達的旋轉(zhuǎn)方向和速度的信號。這個系統(tǒng)是使用THCS253將這些信號集成并串行傳輸?shù)綑C械臂上，來使機械臂移動的。
展示將于十月底進行，正好是萬圣節(jié)期間。所以計劃用機械臂抓取糖果并分發(fā)給參觀者，以此為契機，讓參觀者有興趣聆聽包括IOHA:B在內(nèi)的各種產(chǎn)品和技術的說明。
新進員工有天文學背景
茅野的構(gòu)思得到了高度評價。 因為這一構(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。而且從機械臂很容易聯(lián)想到的工業(yè)機器人也是IOHA:B標準的極具前景的應用之一。
開發(fā)/設計工作于七月初開始，但茅野的內(nèi)心卻并不平靜。因為直到3月份，他就讀筑波大學研究生院，從事的還是天文學的研究，完全沒有電機/電子回路設計或軟件開發(fā)的經(jīng)驗。
他著手進行的第一件事就是控制器的設計，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。控制程序是用Python語言編寫的，對他來說也只是在大學課堂上稍微學了一下的程度。但開發(fā)/設計工作不能停止。于是他在網(wǎng)絡上找了樹莓派和Python語言的資料，幾天后總算可以開始運作起來了。
他也從未接觸過示波器，但自己研究并學會了如何使用它，也掌握了如何觀察信號波形。他一邊盯著示波器屏幕，一邊優(yōu)化了用于馬達驅(qū)動的PWM信號的頻率和占空比，成功地讓機械臂順利動作。
下一個開發(fā)/設計任務是設計電路板。大約是在七月中旬左右開始的，需要設計兩塊基板。一塊是控制器基板（主板），裝置有THCS253、開關穩(wěn)壓器IC等（圖2）。另一塊是放置在機械臂上的基板（次級板），裝置有THCS253、馬達驅(qū)動器IC、開關穩(wěn)壓器IC等。
這項工作相當困難。他沒有電路基板設計經(jīng)驗，也不知道如何使用基板設計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。他很難理解每一個的電機/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計的電路基板，以此為參考進行自己的電路基板的設計。最能成為參考的就是THCS253的評價板。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，馬達驅(qū)動器IC的應用說明中記載的電路圖和 BOM（物料表）清單也非常有用?！格R達驅(qū)動器IC周邊的電路幾乎是按原樣使用的?！?br> 實際開始畫電路圖已經(jīng)是八月底了?！感枰O計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，并立即請外包公司制造基板。此時距離展示機械臂的展覽會還剩不到一個月的時間。
開發(fā)/設計工作于七月初開始，但茅野的內(nèi)心卻并不平靜。因為直到3月份，他就讀筑波大學研究生院，從事的還是天文學的研究，完全沒有電機/電子回路設計或軟件開發(fā)的經(jīng)驗。
他著手進行的第一件事就是控制器的設計，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。控制程序是用Python語言編寫的，對他來說也只是在大學課堂上稍微學了一下的程度。但開發(fā)/設計工作不能停止。于是他在網(wǎng)絡上找了樹莓派和Python語言的資料，幾天后總算可以開始運作起來了。
他也從未接觸過示波器，但自己研究并學會了如何使用它，也掌握了如何觀察信號波形。他一邊盯著示波器屏幕，一邊優(yōu)化了用于馬達驅(qū)動的PWM信號的頻率和占空比，成功地讓機械臂順利動作。
下一個開發(fā)/設計任務是設計電路板。大約是在七月中旬左右開始的，需要設計兩塊基板。一塊是控制器基板（主板），裝置有THCS253、開關穩(wěn)壓器IC等（圖2）。另一塊是放置在機械臂上的基板（次級板），裝置有THCS253、馬達驅(qū)動器IC、開關穩(wěn)壓器IC等。
圖2 使用機械臂進行演示的模塊圖
這項工作相當困難。他沒有電路基板設計經(jīng)驗，也不知道如何使用基板設計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。他很難理解每一個的電機/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計的電路基板，以此為參考進行自己的電路基板的設計。最能成為參考的就是THCS253的評價板。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，馬達驅(qū)動器IC的應用說明中記載的電路圖和 BOM（物料表）清單也非常有用?！格R達驅(qū)動器IC周邊的電路幾乎是按原樣使用的?！?br> 實際開始畫電路圖已經(jīng)是八月底了?！感枰O計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，并立即請外包公司制造基板。此時距離展示機械臂的展覽會還剩不到一個月的時間。
剩余3周時間時電源仍無法開啟
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，但根本無法運作；確切地說是電源打不開。距離展覽會還有不到3周的時間了，茅野和導師都不僅感到焦急。
無法運作的原因是因為有多個設計錯誤。于是他們迅速著手將設計錯誤一一消除。首先發(fā)現(xiàn)了電源打不開的原因是接線錯誤。但已經(jīng)沒有時間再重做電路基板了，解決方法是對電線進行改造。
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作。各傳感器之間通過I2C總線進行的數(shù)據(jù)通信運作正常，但機械臂的馬達根本不動。即便從控制器發(fā)出各種控制信號也完全沒反應。當他們仔細檢查兩塊基板上的接線查找原因時，發(fā)現(xiàn)馬達驅(qū)動器IC和THCS253的接線有錯誤。由于沒有時間重做基板了，所以決定通過跳線來修復它。最后在10月20日完成了基本功能運作的檢查（圖3），總算趕上了5天后開始的展覽會。
無法運作的原因是因為有多個設計錯誤。于是他們迅速著手將設計錯誤一一消除。首先發(fā)現(xiàn)了電源打不開的原因是接線錯誤。但已經(jīng)沒有時間再重做電路基板了，解決方法是對電線進行改造。
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作。各傳感器之間通過I2C總線進行的數(shù)據(jù)通信運作正常，但機械臂的馬達根本不動。即便從控制器發(fā)出各種控制信號也完全沒反應。當他們仔細檢查兩塊基板上的接線查找原因時，發(fā)現(xiàn)馬達驅(qū)動器IC和THCS253的接線有錯誤。由于沒有時間重做基板了，所以決定通過跳線來修復它。最后在10月20日完成了基本功能運作的檢查（圖3），總算趕上了5天后開始的展覽會。
圖3 試作展示的整體圖
半導體世界的競爭
「接觸機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 機械臂展示
展覽會上許多參觀者都來到THine Electronics的展位并觀看了機械臂的展示（圖4）。 實際在對參觀者的問卷調(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)開始從事半導體芯片的設計與評估等業(yè)務，而這也是他希望從事的工作?！溉毡镜漠a(chǎn)機業(yè)雖然在全面下滑，但只有半導體不一樣。2022年的半導體供貨不足造成了騷動，且最近國內(nèi)也不斷新建了半導體工廠。在這樣充滿活力的行業(yè)好好努力，將來一定能愉快地進行有價值的工作?！?/div>
茅野于11月1日，展覽會結(jié)束后立即被分配到開發(fā)部。在那里，他已經(jīng)開始從事半導體芯片的設計與評估等業(yè)務，而這也是他希望從事的工作?！溉毡镜漠a(chǎn)機業(yè)雖然在全面下滑，但只有半導體不一樣。2022年的半導體供貨不足造成了騷動，且最近國內(nèi)也不斷新建了半導體工廠。在這樣充滿活力的行業(yè)好好努力，將來一定能愉快地進行有價值的工作?！?/div>
