小型封裝、低殘余電壓與集成浪涌保護(hù)：TIOL112 和 TIOL112x IO-Link 器件收發(fā)器深度解析

在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，IO-Link 通信技術(shù)憑借其高效、可靠的數(shù)據(jù)傳輸能力，成為連接現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與控制系統(tǒng)的關(guān)鍵紐帶。TI 推出的 TIOL112 和 TIOL112x 系列 IO-Link 器件收發(fā)器，以其卓越的性能和豐富的特性，為工業(yè)應(yīng)用帶來(lái)了全新的解決方案。本文將深入剖析該系列收發(fā)器的特性、應(yīng)用及設(shè)計(jì)要點(diǎn)，助力工程師更好地理解和應(yīng)用這一先進(jìn)技術(shù)。

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特性亮點(diǎn)

電源與輸出配置靈活

TIOL112(x) 支持 7V 至 36V 的電源電壓，具備 PNP、NPN 或 IO-Link 可配置輸出，能夠滿足不同工業(yè)場(chǎng)景的需求。同時(shí)，它支持 IEC 61131-9 COM1、COM2 和 COM3 數(shù)據(jù)速率，為數(shù)據(jù)傳輸提供了多樣化的選擇。此外，該系列器件還具備功能安全特性，可提供用于功能安全系統(tǒng)設(shè)計(jì)的文檔，確保系統(tǒng)在復(fù)雜環(huán)境下的穩(wěn)定運(yùn)行。

性能提升與引腳兼容

與 TIOL111(x) 引腳兼容的同時(shí)，TIOL112(x) 顯著提升了性能。在 200mA 條件下，殘余電壓低至 0.5V（典型值），有效降低了功耗和發(fā)熱。其驅(qū)動(dòng)器電流限制能力更強(qiáng)，能夠更好地保護(hù)器件和負(fù)載。此外，封裝的熱性能得到改善，驅(qū)動(dòng)器壓擺率更低，最大 750ns 的上升時(shí)間減少了過(guò)沖，使系統(tǒng)更加穩(wěn)健。

集成保護(hù)特性全面

TIOL112(x) 集成了多種保護(hù)特性，為系統(tǒng)提供了全方位的防護(hù)?？膳渲抿?qū)動(dòng)器過(guò)流限制范圍為 50mA 至 350mA，有效防止過(guò)流損壞。L+、CQ 和 L- 上高達(dá) 65V 的有效反極性保護(hù)，以及過(guò)流、過(guò)熱和 UVLO 的故障指示燈，確保了系統(tǒng)在異常情況下的安全性。同時(shí)，電感性負(fù)載的安全快速消磁功能，進(jìn)一步增強(qiáng)了系統(tǒng)的可靠性。

應(yīng)用領(lǐng)域廣泛

TIOL112(x) 系列收發(fā)器在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。它可用于現(xiàn)場(chǎng)發(fā)送器和執(zhí)行器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和控制；在工廠自動(dòng)化和過(guò)程自動(dòng)化中，作為 IO-Link PHY 實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的通信；還可應(yīng)用于遠(yuǎn)程 IO 系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程設(shè)備的監(jiān)控和管理。

詳細(xì)技術(shù)解析

工作原理與通信機(jī)制

TIOL112(x) 系列收發(fā)器通過(guò) IO-Link 接口實(shí)現(xiàn)工業(yè)雙向點(diǎn)到點(diǎn)通信。當(dāng)器件通過(guò)三線制接口連接至 IO-Link 主器件時(shí)，主器件能夠發(fā)起通信并與遠(yuǎn)程節(jié)點(diǎn)交換數(shù)據(jù)，TIOL112(x) 則作為完整的物理層，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的傳輸和轉(zhuǎn)換。

保護(hù)特性詳解

浪涌與 ESD 保護(hù)

該系列器件能夠承受高達(dá) 1.2kV (500Ω) 的 IEC 61000-4-5 浪涌，并集成了反向極性保護(hù)功能。L+ 和 CQ 上的集成式 EMC 保護(hù)，可有效抵御 ±8kV IEC 61000-4-2 ESD 接觸放電、±4kV IEC 61000-4-4 電氣快速瞬變和 ±1.2kV/500Ω IEC 61000-4-5 浪涌，確保了在惡劣電磁環(huán)境下的穩(wěn)定運(yùn)行。

過(guò)流、過(guò)熱與欠壓保護(hù)

TIOL112(x) 針對(duì)過(guò)流、過(guò)熱和欠壓情況提供了完善的保護(hù)機(jī)制。當(dāng)輸出電流超過(guò)設(shè)定的電流限制時(shí)，NFAULT 引腳會(huì)驅(qū)動(dòng)邏輯低電平，指示故障狀態(tài)，并關(guān)閉輸出。同時(shí)，LDO 繼續(xù)工作，輸出會(huì)周期性重試，以檢查故障是否消除。當(dāng)芯片溫度超過(guò)熱警告閾值時(shí)，NFAULT 標(biāo)志會(huì)保持低電平；超過(guò)熱關(guān)斷閾值時(shí)，輸出將被禁用，直至溫度下降到安全范圍。

電流限制配置

輸出電流可通過(guò) ILIM_ADJ 引腳連接外部電阻進(jìn)行配置。不同的電阻配置對(duì)應(yīng)不同的電流限制，如 10kΩ 至 110kΩ 電阻連接時(shí)，電流限制可變（35mA 至 300mA）；連接至 L-（RSET 0 至 5kΩ）時(shí)，電流限制為 500mA；ILIM_ADJ 引腳開(kāi)路時(shí)，電流限制為 260mA。這種靈活的配置方式，可根據(jù)不同的應(yīng)用需求進(jìn)行調(diào)整。

喚醒檢測(cè)功能

TIOL112(x) 支持喚醒檢測(cè)功能，可在 IO-Link 模式或標(biāo)準(zhǔn)輸入/輸出（SIO）模式下工作。當(dāng) IO-link 主節(jié)點(diǎn)發(fā)起通信時(shí)，通過(guò)驅(qū)動(dòng) CQ 線的狀態(tài)變化，TIOL112(x) 能夠檢測(cè)到喚醒條件，并通過(guò) WAKE 引腳向本地微控制器發(fā)送信號(hào)。在驅(qū)動(dòng)禁用（EN = L）的情況下，任何滿足特定時(shí)間條件的 CQ 邏輯電平變化都將被檢測(cè)為喚醒事件。

應(yīng)用設(shè)計(jì)要點(diǎn)

電源供應(yīng)

TIOL112 和 TIOL112x 收發(fā)器設(shè)計(jì)為在 24V 標(biāo)稱電源下工作，電源電壓范圍為 7V 至 36V。為確保電源的穩(wěn)定性，建議使用至少 100nF/100V 的電容對(duì)電源進(jìn)行緩沖。

布局設(shè)計(jì)

推薦使用 4 層電路板進(jìn)行設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)良好的熱傳導(dǎo)。頂層用于控制信號(hào)，第二層作為 L- 的電源接地層，第三層為 24V 電源平面（L+），第四層為調(diào)節(jié)后的輸出電源（VCC_IN/OUT）。同時(shí)，應(yīng)將散熱焊盤(pán)通過(guò)盡可能多的散熱過(guò)孔連接至 L-，以提高散熱性能。

驅(qū)動(dòng)不同負(fù)載的考慮

電容性負(fù)載

TIOL112(x) 能夠驅(qū)動(dòng)電容性負(fù)載。為避免過(guò)流情況導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)器禁用，可通過(guò)將 ILIM_ADJ 引腳浮空，或在 CQ 輸出與負(fù)載之間串聯(lián)電阻的方式，來(lái)驅(qū)動(dòng)更高的電容性負(fù)載。

電感性負(fù)載

該系列器件具備磁化和消磁大電感負(fù)載的能力。在 P-switch 和 N-switch 配置中，內(nèi)部電路能夠安全地鉗位電感負(fù)載產(chǎn)生的感應(yīng)電壓，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

總結(jié)與展望

TIOL112 和 TIOL112x 系列 IO-Link 器件收發(fā)器以其豐富的特性、卓越的性能和全面的保護(hù)功能，為工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用提供了可靠的解決方案。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，工程師應(yīng)根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理配置器件參數(shù)，優(yōu)化布局設(shè)計(jì)，以充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。隨著工業(yè)自動(dòng)化的不斷發(fā)展，相信這類高性能的收發(fā)器將在更多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，為推動(dòng)工業(yè)智能化進(jìn)程貢獻(xiàn)力量。

各位工程師朋友們，在實(shí)際應(yīng)用中，你們是否遇到過(guò)類似收發(fā)器的使用難題？對(duì)于如何進(jìn)一步優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，你們有什么獨(dú)特的見(jiàn)解呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流！