适用于工业控制应用的隔离PLC数字输入

图中U1为MAX31911八通道电平转换器/串行器，U3为MAX14850 6通道数据隔离器。

该设计中，工业数字输入串行器(U1)将传感器和开关的24V数字输出进行电平转换、信号调理以及串行化, 转变为满足微控制器要求的CMOS兼容信号。该器件提供PLC数字输入模块的前端接口电路，与传统的分立电阻分压方案相比，输入限流可有效减小对现场电源的消耗。图4所示为两种方法中单路输入通道的电流-电压关系。可选择的片上低通滤波器灵活地对传感器输出进行去抖和滤波。片上8至1串行化省去了隔离所需的光耦。每8位数据通过SPI端口发送一次多位CRC校验，确保高噪声工业环境下的可靠通信。为实现更大灵活性，片上集成的5V电压稳压器可为外部光耦、数字隔离器或其它外部5V电路供电。

图4：传统设计方案与Corona (MAX31911)设计方案中单路输入通道的电流-电压关系比较。

U3(MAX14850)以Pmod兼容的尺寸规格实现了6通道数据隔离。Pmod规范允许3.3V和5V模块，以及各种引脚分配。在Pmod侧，供电电压可为3.3V或5V;U1侧的电压为5V。支持的数据隔离为600VRMS。

大多数情况下，U1(MAX31911)由24V现场电源供电;如果无现场电源可供使用，U1可由控制器侧供电。后一种情况中，Corona电路板上的H桥变压器驱动器(U2，MAX13256)和变压器为MAX31911提供使用级的隔离电源。

软件说明

Corona设计经过Nexys3和ZedBoard 平台验证。目前提供这两种平台的项目文件、器件驱动器以及示例代码。由于板载Pmod兼容连接器非常简单，所以Corona设计很容易用于任何微控制器或FPGA开发电路板。

总结

本文介绍Corona (MAXREFDES12#)子系统参考设计如何为工业控制和自动化应用提供结构紧凑而简单的隔离数字输入接口。Corona设计提供八路数字输入通道。通过单一的SPI接口简单级联多片八通道数字输入IC——无需额外片选线，很容易以8的倍数增加通道数量。只需单个SPI接口即可将传感器数据传输至PLC，无需隔离附加通道，大幅减少了输入模块中所需的隔离器数量。该设计大幅降低了成本，占用的空间较小，单位PCB面积上的通道密度较高。该设计提供基于Nexys3或ZedBoard平台的示例软件。