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

在工業(yè)自動化領域，IO-Link 通信技術憑借其高效、可靠的數(shù)據(jù)傳輸能力，成為連接現(xiàn)場設備與控制系統(tǒng)的關鍵紐帶。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)應用帶來了全新的解決方案。本文將深入剖析該系列收發(fā)器的特性、應用及設計要點，助力工程師更好地理解和應用這一先進技術。

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特性亮點

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)場景的需求。同時，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)設計的文檔，確保系統(tǒng)在復雜環(huán)境下的穩(wěn)定運行。

性能提升與引腳兼容

與 TIOL111(x) 引腳兼容的同時，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)動器電流限制能力更強，能夠更好地保護器件和負載。此外，封裝的熱性能得到改善，驅(qū)動器壓擺率更低，最大 750ns 的上升時間減少了過沖，使系統(tǒng)更加穩(wěn)健。

集成保護特性全面

TIOL112(x) 集成了多種保護特性，為系統(tǒng)提供了全方位的防護?？膳渲抿?qū)動器過流限制范圍為 50mA 至 350mA，有效防止過流損壞。L+、CQ 和 L- 上高達 65V 的有效反極性保護，以及過流、過熱和 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，電感性負載的安全快速消磁功能，進一步增強了系統(tǒng)的可靠性。

應用領域廣泛

TIOL112(x) 系列收發(fā)器在工業(yè)自動化領域具有廣泛的應用前景。它可用于現(xiàn)場發(fā)送器和執(zhí)行器，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和控制；在工廠自動化和過程自動化中，作為 IO-Link PHY 實現(xiàn)設備間的通信；還可應用于遠程 IO 系統(tǒng)，實現(xiàn)遠程設備的監(jiān)控和管理。

詳細技術解析

工作原理與通信機制

TIOL112(x) 系列收發(fā)器通過 IO-Link 接口實現(xiàn)工業(yè)雙向點到點通信。當器件通過三線制接口連接至 IO-Link 主器件時，主器件能夠發(fā)起通信并與遠程節(jié)點交換數(shù)據(jù)，TIOL112(x) 則作為完整的物理層，負責數(shù)據(jù)的傳輸和轉(zhuǎn)換。

保護特性詳解

浪涌與 ESD 保護

該系列器件能夠承受高達 1.2kV (500Ω) 的 IEC 61000-4-5 浪涌，并集成了反向極性保護功能。L+ 和 CQ 上的集成式 EMC 保護，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)定運行。

過流、過熱與欠壓保護

TIOL112(x) 針對過流、過熱和欠壓情況提供了完善的保護機制。當輸出電流超過設定的電流限制時，NFAULT 引腳會驅(qū)動邏輯低電平，指示故障狀態(tài)，并關閉輸出。同時，LDO 繼續(xù)工作，輸出會周期性重試，以檢查故障是否消除。當芯片溫度超過熱警告閾值時，NFAULT 標志會保持低電平；超過熱關斷閾值時，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 ILIM_ADJ 引腳連接外部電阻進行配置。不同的電阻配置對應不同的電流限制，如 10kΩ 至 110kΩ 電阻連接時，電流限制可變（35mA 至 300mA）；連接至 L-（RSET 0 至 5kΩ）時，電流限制為 500mA；ILIM_ADJ 引腳開路時，電流限制為 260mA。這種靈活的配置方式，可根據(jù)不同的應用需求進行調(diào)整。

喚醒檢測功能

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

應用設計要點

電源供應

TIOL112 和 TIOL112x 收發(fā)器設計為在 24V 標稱電源下工作，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 的電容對電源進行緩沖。

布局設計

推薦使用 4 層電路板進行設計，以實現(xiàn)良好的熱傳導。頂層用于控制信號，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，應將散熱焊盤通過盡可能多的散熱過孔連接至 L-，以提高散熱性能。

驅(qū)動不同負載的考慮

電容性負載

TIOL112(x) 能夠驅(qū)動電容性負載。為避免過流情況導致驅(qū)動器禁用，可通過將 ILIM_ADJ 引腳浮空，或在 CQ 輸出與負載之間串聯(lián)電阻的方式，來驅(qū)動更高的電容性負載。

電感性負載

該系列器件具備磁化和消磁大電感負載的能力。在 P-switch 和 N-switch 配置中，內(nèi)部電路能夠安全地鉗位電感負載產(chǎn)生的感應電壓，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功能，為工業(yè)自動化應用提供了可靠的解決方案。在實際設計中，工程師應根據(jù)具體的應用需求，合理配置器件參數(shù)，優(yōu)化布局設計，以充分發(fā)揮其優(yōu)勢。隨著工業(yè)自動化的不斷發(fā)展，相信這類高性能的收發(fā)器將在更多領域得到廣泛應用，為推動工業(yè)智能化進程貢獻力量。

各位工程師朋友們，在實際應用中，你們是否遇到過類似收發(fā)器的使用難題？對于如何進一步優(yōu)化系統(tǒng)設計，你們有什么獨特的見解呢？歡迎在評論區(qū)分享交流！