用于連接傳感器和激發器的IC組合件

　　摘要-到目前為止，工業自動化技術中的傳感器和執行器都通過接通的24V或標準模擬信號與控制系統連接。在這方面ELMOS提供了能夠明顯提高效率節省空間的解決方案——例如IO-Link收發器E981.10。有了這套系統的幫助，只要用一根三芯連接線便可實現數字解碼進行工藝數據、參數和診斷數據的傳輸，其傳輸速度可達230.4 kbit/s。

　　IO-Link(圖1)與傳統的現場總線系統的總線連接正相反，其采用平行布線，可通過最長20m的線路實現最高230.4 kbit/s的數據傳輸率。信號傳輸通過24V的脈沖調制過程以及標準UART協議實現。

　　IO-Link使用標準化非屏蔽三芯連接線(M12、M8、M5)，這種線也可用于連接傳統的標準I/O傳感器/執行器。它不僅可以減少額外的布線成本，而且可以保護現有的資源和設施。

　　IO-Link的另一個優點：由于減少了模擬測量值的傳輸，該技術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的參數和配置數據寫入傳感器/執行器，同時也可以從傳感器/執行器中讀出工藝參數和診斷數據。

　　此外IO-Link還可以通過使用傳統標準I/O傳感器的雙重轉換狀態控制通訊。這種新的通訊標準可毫無限制的向下兼容，而且可以與不兼容IO-Link的設備自由連接。

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

　　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設計說明中規定的要求，例如過電流和過電壓保護，到目前為止市面上有的IO-Link設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設計說明。如此一來最大的問題是能否與控制器同時使用，因為相對應的電氣連接只能以IO-Link的設計說明為導向。

　　IO-Link收發器E981.10給出了最優的解決辦法(圖2)，它是一種高度集成的芯片用于傳感器/執行器的連接。這款組件與目前的標準I/O應用向下兼容，符合所有相關標準的要求，其特點是寬輸入電壓范圍，從8至36V，驅動器功率可達200mA，并且集成喚醒識別功能，其數據傳輸速度可達230 kbit/s。驅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功能，確保系統的安全工作。

　　由于E981.10內部配備有5V電壓調節器和3.3/5V兼容性數字界面，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現協議。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器。

　　E981.10的多樣化功能在實際應用中非常實用，特別表現在內置的喚醒識別等。

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

　　由于受到IO-Link組件對于上級控制系統的標準I/O接口的向下兼容性的限制，IO-Link傳感器和激發器首先表現為標準I/O設備。但是IO-Link主站能夠識別網絡中可以與IO-Link兼容的設備，并且切換至IO-Link通訊模式. 這點通過所謂的喚醒信號實現。喚醒過程中，在標準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。在這里線路可根據傳感器輸出信號表現出高峰或低峰。

　　關于喚醒結果的信息針對軟件包括兩位：一位針對驅動器峰值(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，否則必須通過發出和接收信號的對比監控通訊線路。通過收發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致的錯誤狀態發出信號(ILIM信號)。控制軟件可以通過識別錯誤智能化的做出反應，并解除功能驅動器的運行。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。

　　成功通過認證測試和EMV測試

　　E981.10的開發工作現在已經在著名的測試和認證單位FTZ茨維考完成了資質認證和緊接著的EMV測試。如果需要可提供FTZ茨維考的公共檢測報告，報告說明在達到230.4 kbit/s的數據傳輸率時遵守了EMV極限值。