用于連接傳感器和激發(fā)器的IC組合件

　　摘要-到目前為止，工業(yè)自動化技術(shù)中的傳感器和執(zhí)行器都通過接通的24V或標(biāo)準(zhǔn)模擬信號與控制系統(tǒng)連接。在這方面ELMOS提供了能夠明顯提高效率節(jié)省空間的解決方案——例如IO-Link收發(fā)器E981.10。有了這套系統(tǒng)的幫助，只要用一根三芯連接線便可實(shí)現(xiàn)數(shù)字解碼進(jìn)行工藝數(shù)據(jù)、參數(shù)和診斷數(shù)據(jù)的傳輸，其傳輸速度可達(dá)230.4 kbit/s。

　　IO-Link(圖1)與傳統(tǒng)的現(xiàn)場總線系統(tǒng)的總線連接正相反，其采用平行布線，可通過最長20m的線路實(shí)現(xiàn)最高230.4 kbit/s的數(shù)據(jù)傳輸率。信號傳輸通過24V的脈沖調(diào)制過程以及標(biāo)準(zhǔn)UART協(xié)議實(shí)現(xiàn)。

　　IO-Link使用標(biāo)準(zhǔn)化非屏蔽三芯連接線(M12、M8、M5)，這種線也可用于連接傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)I/O傳感器/執(zhí)行器。它不僅可以減少額外的布線成本，而且可以保護(hù)現(xiàn)有的資源和設(shè)施。

　　IO-Link的另一個優(yōu)點(diǎn)：由于減少了模擬測量值的傳輸，該技術(shù)避免了使用昂貴的屏蔽線。雙向IO-Link通訊可以把上一級自動化系統(tǒng)的參數(shù)和配置數(shù)據(jù)寫入傳感器/執(zhí)行器，同時也可以從傳感器/執(zhí)行器中讀出工藝參數(shù)和診斷數(shù)據(jù)。

　　此外IO-Link還可以通過使用傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)I/O傳感器的雙重轉(zhuǎn)換狀態(tài)控制通訊。這種新的通訊標(biāo)準(zhǔn)可毫無限制的向下兼容，而且可以與不兼容IO-Link的設(shè)備自由連接。

　　由于是開放性標(biāo)準(zhǔn)，IO-Link可以集成所有常用自動化和現(xiàn)場總線系統(tǒng)，從而最大程度為客戶提供在選擇生產(chǎn)廠商方面的靈活性。目前IO-Link已經(jīng)成功的集成在了Profibus、Profinet、Interbus、ASi 和EtherCAT中，并且很快就能在ODVA中實(shí)現(xiàn)。

　　通過方案集成，分立的解決方案可以互相交換

　　為了保證IO-Link設(shè)計(jì)說明中規(guī)定的要求，例如過電流和過電壓保護(hù)，到目前為止市面上有的IO-Link設(shè)備大部分在連接線路上仍然要使用大量零部件，例如晶體管、二極管以及其他被動組合件，只有這樣才能建立連接線路的界面并且滿足IO-Link設(shè)計(jì)說明。如此一來最大的問題是能否與控制器同時使用，因?yàn)橄鄬?yīng)的電氣連接只能以IO-Link的設(shè)計(jì)說明為導(dǎo)向。

　　IO-Link收發(fā)器E981.10給出了最優(yōu)的解決辦法(圖2)，它是一種高度集成的芯片用于傳感器/執(zhí)行器的連接。這款組件與目前的標(biāo)準(zhǔn)I/O應(yīng)用向下兼容，符合所有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，其特點(diǎn)是寬輸入電壓范圍，從8至36V，驅(qū)動器功率可達(dá)200mA，并且集成喚醒識別功能，其數(shù)據(jù)傳輸速度可達(dá)230 kbit/s。驅(qū)動器的輸出功能可選擇為低邊、高邊端以及推挽輸出。此外具有防反接、短路、過電流以及過溫保護(hù)功能，確保系統(tǒng)的安全工作。

　　由于E981.10內(nèi)部配備有5V電壓調(diào)節(jié)器和3.3/5V兼容性數(shù)字界面，因此它可以與許多常用微型控制器組合使用，例如NEC歐洲電子公司的78K-MCU，在這種情況下后者用于實(shí)現(xiàn)協(xié)議。該組合件可在+150 °C的芯片溫度下使用，裝在4mmX4mm的小型QFN外殼中，從而適用于緊湊型傳感器和激發(fā)器。

　　E981.10的多樣化功能在實(shí)際應(yīng)用中非常實(shí)用，特別表現(xiàn)在內(nèi)置的喚醒識別等。

　　一般來說，一套IO-Link系統(tǒng)包括一個IO-Link主站和一個或多個IO-Link設(shè)備，即傳感器和激發(fā)器。IO-Link主站提供連接疊加控制系統(tǒng)(SPS)的界面，并且控制與所連接的IO-Link設(shè)備之間的通訊。

　　由于受到IO-Link組件對于上級控制系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)I/O接口的向下兼容性的限制，IO-Link傳感器和激發(fā)器首先表現(xiàn)為標(biāo)準(zhǔn)I/O設(shè)備。但是IO-Link主站能夠識別網(wǎng)絡(luò)中可以與IO-Link兼容的設(shè)備，并且切換至IO-Link通訊模式. 這點(diǎn)通過所謂的喚醒信號實(shí)現(xiàn)。喚醒過程中，在標(biāo)準(zhǔn)I/O模式下位于傳感器線路上的信號通過主站使用一個典型80μs的短脈沖覆蓋。在這里線路可根據(jù)傳感器輸出信號表現(xiàn)出高峰或低峰。

　　關(guān)于喚醒結(jié)果的信息針對軟件包括兩位：一位針對驅(qū)動器峰值(TXD)，一位針對接收峰值(RXD)。一般來說在所使用的微型控制器上兩個I/O接口的組合連接導(dǎo)致干擾生成是不存在的。通過E981.10對喚醒過程的支持降低了對軟件的要求，否則必須通過發(fā)出和接收信號的對比監(jiān)控通訊線路。通過收發(fā)器處理的雙向喚醒信號可。　　

　　

 

　　消除干擾，從而減輕微型控制器的負(fù)荷。E981.10高功能范圍的另一個例子是對于由線路短路或超電流而導(dǎo)致的錯誤狀態(tài)發(fā)出信號(ILIM信號)?？刂栖浖梢酝ㄟ^識別錯誤智能化的做出反應(yīng)，并解除功能驅(qū)動器的運(yùn)行。通過對線路超電流間隔較長時間的檢查可以減少損失功率。

　　成功通過認(rèn)證測試和EMV測試

　　E981.10的開發(fā)工作現(xiàn)在已經(jīng)在著名的測試和認(rèn)證單位FTZ茨維考完成了資質(zhì)認(rèn)證和緊接著的EMV測試。如果需要可提供FTZ茨維考的公共檢測報(bào)告，報(bào)告說明在達(dá)到230.4 kbit/s的數(shù)據(jù)傳輸率時遵守了EMV極限值。