小型封裝、高性能的TIOL112和TIOL112x IO-Link器件收發(fā)器解析

在工業(yè)自動化和過程自動化領(lǐng)域，IO-Link技術(shù)正發(fā)揮著越來越重要的作用。TI推出的TIOL112和TIOL112x系列IO-Link器件收發(fā)器，以其小型封裝、低殘余電壓和集成浪涌保護(hù)等特性，成為了眾多應(yīng)用的理想選擇。今天就來詳細(xì)剖析一下這款產(chǎn)品。

文件下載：tiol1123.pdf

一、特性亮點

電源與數(shù)據(jù)兼容性

TIOL112(x)支持7V至36V的電源電壓，可配置為PNP、NPN或IO-Link輸出，同時支持IEC 61131 - 9 COM1、COM2和COM3數(shù)據(jù)速率，還具備功能安全型設(shè)計，提供相關(guān)文檔用于功能安全系統(tǒng)設(shè)計。

性能提升

與TIOL111(x)引腳兼容，但性能有顯著提升。在200mA條件下，殘余電壓低至0.5V（典型值），有效驅(qū)動器電流限制能力出色，封裝熱性能改善，驅(qū)動器壓擺率更低，最大750ns可減少過沖，使系統(tǒng)更加穩(wěn)健。

集成保護(hù)特性

集成了多種保護(hù)特性，可配置驅(qū)動器過流限制在50mA至350mA之間，具備有效反極性保護(hù)、過流、過熱和UVLO故障指示燈、電感性負(fù)載安全快速消磁功能等。同時，L+和CQ上集成了EMC保護(hù)，能承受±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。

二、應(yīng)用場景廣泛

TIOL112和TIOL112x適用于現(xiàn)場發(fā)送器和執(zhí)行器、工廠自動化、過程自動化以及遠(yuǎn)程IO中的IO - Link PHY等場景，為工業(yè)自動化系統(tǒng)提供了可靠的通信解決方案。

三、詳細(xì)說明

通信原理

TIOL112(x)系列收發(fā)器通過三線制接口連接至IO - Link主器件時，可作為完整的物理層實現(xiàn)工業(yè)雙向點到點通信。主器件能夠發(fā)起通信并與遠(yuǎn)程節(jié)點交換數(shù)據(jù)。

保護(hù)功能

該系列器件能夠承受高達(dá)1.2kV (500Ω)的IEC 61000 - 4 - 5浪涌，集成反向極性保護(hù)功能。通過簡單的引腳可編程接口可連接到控制器電路，還可使用外部電阻器配置輸出電流限值。此外，針對欠壓、過流和過熱情況提供了故障報告和內(nèi)部保護(hù)功能。

封裝選項

提供多種小型封裝選項，如3mm x 3mm 10引腳VSON封裝（與TIOL111引腳兼容）和2.45 mm x 1.7 mm DSBGA封裝，節(jié)省空間。

四、規(guī)格參數(shù)

絕對最大額定值

涵蓋了電源電壓、輸入邏輯電壓、輸出電流、存儲溫度等參數(shù)的最大和最小值，超出這些范圍可能導(dǎo)致器件永久損壞。

ESD評級

包括人體模型（HBM）、帶電設(shè)備模型（CDM）以及IEC規(guī)格下的ESD評級，確保器件在靜電環(huán)境下的可靠性。

推薦工作條件

明確了輸入電壓、邏輯電平輸入電壓、外部電阻、數(shù)據(jù)速率、LDO輸出電流、工作環(huán)境溫度和結(jié)溫等參數(shù)的推薦范圍。

熱信息

給出了不同封裝下的熱阻和表征參數(shù)，幫助工程師進(jìn)行熱設(shè)計。

電氣特性

詳細(xì)列出了電源、邏輯電平輸入、控制輸出、驅(qū)動器輸出、接收器輸入等方面的電氣參數(shù)，如靜態(tài)電流、輸入輸出電壓、電阻等。

開關(guān)特性

包括驅(qū)動器和接收器的傳播延遲、使能和禁用延遲、上升和下降時間等參數(shù)，影響著器件的開關(guān)性能。

五、功能特性深入分析

喚醒檢測

TIOL112(x)可在IO - Link模式或標(biāo)準(zhǔn)輸入/輸出（SIO）模式下工作。在SIO模式下，IO - link主節(jié)點發(fā)起通信時，TIOL112(x)能檢測到喚醒條件，并通過WAKE引腳通知本地微控制器。

電流限制配置

通過ILIM_ADJ引腳的外部電阻可配置輸出電流限制，不同的引腳連接方式對應(yīng)不同的電流限制和故障處理模式，適用于不同的應(yīng)用場景。

電流故障檢測與恢復(fù)

當(dāng)輸出電流超過內(nèi)部設(shè)定的電流限制且持續(xù)時間超過tsc時，NFAULT引腳會指示故障，輸出會周期性重試以檢測故障是否消除。電流故障自動恢復(fù)模式可通過設(shè)置ILIM_ADJ引腳禁用。

熱警告與熱關(guān)斷

當(dāng)芯片溫度超過熱警告閾值時，NFAULT標(biāo)志會指示潛在的過熱問題；超過熱關(guān)斷閾值時，輸出會被禁用，溫度下降后內(nèi)部電路會重新啟用驅(qū)動器。

故障報告

NFAULT引腳在檢測到電流故障、芯片溫度過高或電源電壓低于UVLO閾值時會拉低，故障消除后恢復(fù)高阻抗。

收發(fā)器功能表

詳細(xì)說明了驅(qū)動器、接收器、喚醒和電流限制指示等功能在不同輸入條件下的輸出狀態(tài)，為工程師進(jìn)行電路設(shè)計提供了依據(jù)。

集成電壓調(diào)節(jié)器（LDO）

TIOL1123和TIOL1125集成了線性電壓調(diào)節(jié)器，可提供高達(dá)20mA的輸出電流。DSBGA（YAH）封裝的TIOL1123L可通過VSEL引腳配置LDO輸出電壓。

反向極性保護(hù)

保護(hù)電路可防止L+、CQ和L - 引腳的意外反接，最大引腳間電壓不超過65V DC。

集成浪涌保護(hù)和瞬態(tài)波形耐受

L+和CQ引腳能承受高達(dá)1.2kV的IEC 61000 - 4 - 5浪涌，可根據(jù)需要使用外部TVS二極管提供更高的瞬態(tài)保護(hù)。

上電順序和欠壓鎖定（UVLO）

VCC_IN和L+域可按任意順序上電，當(dāng)L+電壓低于UVLO閾值時，NFAULT引腳拉低，驅(qū)動器禁用，電壓恢復(fù)后經(jīng)過一定延遲驅(qū)動器重新啟用。

六、應(yīng)用與實現(xiàn)

典型應(yīng)用設(shè)計

TIOL112和TIOL112x IO - Link收發(fā)器可用于IO - Link協(xié)議通信，也可作為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字輸出驅(qū)動各種傳感器和負(fù)載。設(shè)計時需考慮輸入電壓范圍、輸出電流、LDO輸出電壓和電流等參數(shù)。

詳細(xì)設(shè)計步驟

最大結(jié)溫檢查

通過計算驅(qū)動器和LDO的功耗，結(jié)合熱阻參數(shù)，可估算結(jié)溫，確保結(jié)溫在推薦范圍內(nèi)，避免熱關(guān)斷。

驅(qū)動容性負(fù)載

該系列器件能驅(qū)動CQ輸出的容性負(fù)載，可通過計算最大可充電電容和合理配置ILIM_ADJ引腳來避免過流故障。

驅(qū)動感性負(fù)載

TIOL112(x)家族能對大電感負(fù)載進(jìn)行充磁和消磁，內(nèi)部電路可安全鉗位感性負(fù)載產(chǎn)生的電壓。

應(yīng)用曲線

提供了CQ在不同工作模式下的電流故障自動恢復(fù)、驅(qū)動感性和容性負(fù)載等應(yīng)用曲線，幫助工程師直觀了解器件的工作特性。

電源供應(yīng)建議

建議使用24V標(biāo)稱電源，通過至少100nF/100V的電容進(jìn)行緩沖，確保電源穩(wěn)定。

布局指南

推薦使用4層電路板，合理分配各層功能，連接熱焊盤以提高熱性能，使用低ESR陶瓷電容進(jìn)行去耦，確保電路的穩(wěn)定性和可靠性。

七、總結(jié)

TIOL112和TIOL112x IO - Link器件收發(fā)器以其豐富的特性、廣泛的應(yīng)用場景和詳細(xì)的設(shè)計指南，為工業(yè)自動化領(lǐng)域的工程師提供了一個可靠的解決方案。在實際應(yīng)用中，工程師可根據(jù)具體需求合理選擇器件和配置參數(shù)，確保系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。大家在使用過程中遇到過哪些問題呢？歡迎在評論區(qū)分享交流。