IO-Link收发器实现更高效率

作者：RüdigerSenghaas ChristianSchmitz PatrickKrüger时间：2013-02-27来源：电子产品世界收藏

　　用于连接传感器和激发器的IC组合件

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/142444.htm

　　摘要-到目前为止，工业自动化技术中的传感器和执行器都通过接通的24V或标准模拟信号与控制系统连接。在这方面ELMOS提供了能够明显提高效率节省空间的解决方案——例如IO-Link收发器E981.10。有了这套系统的帮助，只要用一根三芯连接线便可实现数字解码进行工艺数据、参数和诊断数据的传输，其传输速度可达230.4 kbit/s。

　　IO-Link(图1)与传统的现场总线系统的总线连接正相反，其采用平行布线，可通过最长20m的线路实现最高230.4 kbit/s的数据传输率。信号传输通过24V的脉冲调制过程以及标准UART协议实现。

　　IO-Link使用标准化非屏蔽三芯连接线(M12、M8、M5)，这种线也可用于连接传统的标准I/O传感器/执行器。它不仅可以减少额外的布线成本，而且可以保护现有的资源和设施。

　　IO-Link的另一个优点：由于减少了模拟测量值的传输，该技术避免了使用昂贵的屏蔽线。双向IO-Link通讯可以把上一级自动化系统的参数和配置数据写入传感器/执行器，同时也可以从传感器/执行器中读出工艺参数和诊断数据。

　　此外IO-Link还可以通过使用传统标准I/O传感器的双重转换状态控制通讯。这种新的通讯标准可毫无限制的向下兼容，而且可以与不兼容IO-Link的设备自由连接。

　　由于是开放性标准，IO-Link可以集成所有常用自动化和现场总线系统，从而最大程度为客户提供在选择生产厂商方面的灵活性。目前IO-Link已经成功的集成在了Profibus、Profinet、Interbus、ASi 和EtherCAT中，并且很快就能在ODVA中实现。

　　通过方案集成，分立的解决方案可以互相交换

　　为了保证IO-Link设计说明中规定的要求，例如过电流和过电压保护，到目前为止市面上有的IO-Link设备大部分在连接线路上仍然要使用大量零部件，例如晶体管、二极管以及其他被动组合件，只有这样才能建立连接线路的界面并且满足IO-Link设计说明。如此一来最大的问题是能否与控制器同时使用，因为相对应的电气连接只能以IO-Link的设计说明为导向。

　　IO-Link收发器E981.10给出了最优的解决办法(图2)，它是一种高度集成的芯片用于传感器/执行器的连接。这款组件与目前的标准I/O应用向下兼容，符合所有相关标准的要求，其特点是宽输入电压范围，从8至36V，驱动器功率可达200mA，并且集成唤醒识别功能，其数据传输速度可达230 kbit/s。驱动器的输出功能可选择为低边、高边端以及推挽输出。此外具有防反接、短路、过电流以及过温保护功能，确保系统的安全工作。

　　由于E981.10内部配备有5V电压调节器和3.3/5V兼容性数字界面，因此它可以与许多常用微型控制器组合使用，例如NEC欧洲电子公司的78K-MCU，在这种情况下后者用于实现协议。该组合件可在+150 °C的芯片温度下使用，装在4mmX4mm的小型QFN外壳中，从而适用于紧凑型传感器和激发器。

　　E981.10的多样化功能在实际应用中非常实用，特别表现在内置的唤醒识别等。

　　一般来说，一套IO-Link系统包括一个IO-Link主站和一个或多个IO-Link设备，即传感器和激发器。IO-Link主站提供连接叠加控制系统(SPS)的界面，并且控制与所连接的IO-Link设备之间的通讯。

　　由于受到IO-Link组件对于上级控制系统的标准I/O接口的向下兼容性的限制，IO-Link传感器和激发器首先表现为标准I/O设备。但是IO-Link主站能够识别网络中可以与IO-Link兼容的设备，并且切换至IO-Link通讯模式. 这点通过所谓的唤醒信号实现。唤醒过程中，在标准I/O模式下位于传感器线路上的信号通过主站使用一个典型80μs的短脉冲覆盖。在这里线路可根据传感器输出信号表现出高峰或低峰。

　　关于唤醒结果的信息针对软件包括两位：一位针对驱动器峰值(TXD)，一位针对接收峰值(RXD)。一般来说在所使用的微型控制器上两个I/O接口的组合连接导致干扰生成是不存在的。通过E981.10对唤醒过程的支持降低了对软件的要求，否则必须通过发出和接收信号的对比监控通讯线路。通过收发器处理的双向唤醒信号可。　　