具有集成浪涌保護(hù)功能的TIOL111、TIOL111x IO-Link器件收發(fā)器：功能與應(yīng)用解析

在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域，高效可靠的通信與控制至關(guān)重要。TIOL111、TIOL1113、TIOL1115 IO-Link器件收發(fā)器憑借其集成浪涌保護(hù)等特性，為工業(yè)雙向點(diǎn)到點(diǎn)通信提供了出色的解決方案。本文將詳細(xì)解析這些器件的特性、應(yīng)用、設(shè)計(jì)要點(diǎn)等內(nèi)容，希望能為電子工程師們?cè)趯?shí)際設(shè)計(jì)中提供有價(jià)值的參考。

文件下載：tiol1115.pdf

器件特性概述

TIOL111(x)系列收發(fā)器使用IO-Link接口實(shí)現(xiàn)工業(yè)雙向點(diǎn)到點(diǎn)通信，具備一系列令人矚目的特性：

電源與輸出配置

• 寬電源電壓范圍：支持7V至36V的電源電壓，適應(yīng)多種工業(yè)供電環(huán)境。
• 可配置輸出：提供PNP、NPN或IO-Link可配置輸出，滿足不同應(yīng)用需求。
• 低殘余電壓：在250mA條件下，殘余電壓低至1.75V，有效降低功耗。

數(shù)據(jù)速率與保護(hù)功能

• 多數(shù)據(jù)速率支持：支持IEC 61131 - 9 COM1、COM2和COM3數(shù)據(jù)速率，確保通信的高效性。
• 浪涌與瞬態(tài)保護(hù)：能夠承受高達(dá)1.2kV (500Ω)的IEC 61000 - 4 - 5浪涌，耐受±65V瞬態(tài)電壓（時(shí)間低于100μs），L+、CQ和L - 上具有高達(dá)60V的反極性保護(hù)，L+和CQ上有集成式EMC保護(hù)，包括±16kV IEC 61000 - 4 - 2 ESD接觸放電、±4kV IEC 61000 - 4 - 4電氣快速瞬變。
• 過流保護(hù)：50mA至350mA可配置電流限制，可通過外部電阻器進(jìn)行靈活配置。

其他特性

• 低泄漏電流：< 2μA CQ泄露電流，靜態(tài)電源電流< 1.5mA，降低功耗。
• 集成LDO選項(xiàng)：TIOL1113提供3.3V LDO，TIOL1115提供5V LDO，可支持高達(dá)20mA的電流，為外部組件供電。
• 故障報(bào)告與保護(hù)：提供故障報(bào)告和內(nèi)部保護(hù)功能，可應(yīng)對(duì)欠壓、過流和過熱條件，具備過熱警告和熱保護(hù)、遠(yuǎn)程喚醒指示燈等。

應(yīng)用領(lǐng)域

這些器件廣泛應(yīng)用于多個(gè)工業(yè)領(lǐng)域：

工廠自動(dòng)化

在工廠自動(dòng)化系統(tǒng)中，可用于IO - Link傳感器和傳動(dòng)器，實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的高效通信和控制。

工序自動(dòng)化

支持工序自動(dòng)化中的數(shù)據(jù)傳輸和設(shè)備控制，提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量。

引腳配置與功能

TIOL111(x)的引腳配置豐富，不同引腳承擔(dān)著不同的功能：

IO - Link接口

• CQ（8號(hào)引腳）：IO - Link數(shù)據(jù)信號(hào)（雙向），實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸。
• L +（9號(hào)引腳）：IO - Link供應(yīng)電壓（標(biāo)稱24V），為器件提供電源。
• L -（7號(hào)引腳）：IO - Link接地電位，確保電氣安全。

本地控制器接口

• EN（5號(hào)引腳）：驅(qū)動(dòng)器使能輸入信號(hào)，邏輯低將CQ輸出設(shè)置為高阻態(tài)。
• WAKE（10號(hào)引腳）：?jiǎn)拘阎甘緹?，向本地控制器發(fā)送喚醒信號(hào)。
• RX（3號(hào)引腳）：接收數(shù)據(jù)輸出，將接收到的數(shù)據(jù)傳輸給本地控制器。
• TX（4號(hào)引腳）：傳輸數(shù)據(jù)輸入，接收本地控制器的傳輸數(shù)據(jù)。

其他引腳

• VCC_IN/OUT（1號(hào)引腳）：3.3V或5V線性穩(wěn)壓器輸出，為外部邏輯電路供電。
• ILIM_ADJ（6號(hào)引腳）：電流限制調(diào)整輸入，通過連接電阻器可配置輸出電流。
• NFAULT（2號(hào)引腳）：故障指示輸出信號(hào)，低電平表示過流、欠壓或過熱等故障。

詳細(xì)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

電源供應(yīng)

TIOL111和TIOL111x設(shè)計(jì)為從L +的24V標(biāo)稱電源供電，該電源可在7V至36V范圍內(nèi)變化。為確保電源穩(wěn)定，建議使用至少100nF/100V的電容器進(jìn)行緩沖。

布局設(shè)計(jì)

• 電路板選擇：推薦使用4層電路板，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(zhǎng) - 的電源接地層，第三層用于24V電源平面（L +），第四層用于調(diào)節(jié)輸出電源（VCC_IN/OUT）。
• 引腳連接：將散熱墊通過盡可能多的散熱過孔連接到L -，以獲得最佳散熱性能。使用完整的平面來確保L +、VCC_IN/OUT和L - 的電感最小。
• 電容配置：L +端子必須使用低ESR陶瓷去耦電容器接地，推薦的最小電容值為100nF，電容的額定電壓至少為50V（根據(jù)最大傳感器電源故障額定值可能需要100V），并使用X5R或X7R電介質(zhì)。
• 電阻連接：將所有開漏控制輸出通過10kΩ上拉電阻連接到VCC_IN/OUT平面，為系統(tǒng)控制器輸入提供確定的電壓電位。將RSET電阻連接在ILIM_ADJ和L - 之間。

熱管理

在設(shè)計(jì)過程中，需要考慮熱管理問題。以200mA電流限制為例，通過計(jì)算功率損耗和熱阻，可以評(píng)估結(jié)溫是否在安全范圍內(nèi)。若結(jié)溫過高，可能會(huì)觸發(fā)熱警告甚至熱關(guān)斷，影響器件的正常工作。

負(fù)載驅(qū)動(dòng)

• 電容負(fù)載：這些器件能夠驅(qū)動(dòng)CQ輸出上的電容負(fù)載。在假設(shè)純電容負(fù)載且無串聯(lián)/并聯(lián)電阻的情況下，可以通過公式$C{LOAD }=frac{left[I{O(LIM)} × t{SC}right]}{V{(L+)}}$計(jì)算最大可充電電容。若需要驅(qū)動(dòng)更高的電容負(fù)載，可以在CQ輸出和負(fù)載之間連接一個(gè)串聯(lián)電阻。
• 電感負(fù)載：TIOL111(x)系列能夠?qū)Ω哌_(dá)1.5H的電感負(fù)載進(jìn)行磁化和消磁。在P - 開關(guān)或N - 開關(guān)模式下，內(nèi)部電路可實(shí)現(xiàn)快速消磁。在P - 開關(guān)配置中，CQ輸出驅(qū)動(dòng)高電平時(shí)，負(fù)載電感被磁化；當(dāng)PNP關(guān)閉時(shí)，CQ引腳會(huì)出現(xiàn)顯著的負(fù)電感反沖，該電壓會(huì)被內(nèi)部鉗位在約 - 75V。在N - 開關(guān)配置中，情況類似，不過電感反沖為正，電壓被鉗位在約75V。

器件功能模式

TIOL111(x)可以在三種不同模式下運(yùn)行：

NPN配置（N - 開關(guān)SIO模式）

將TX引腳設(shè)置為高電平（或開路），使用EN引腳作為控制信號(hào)，可在CQ上實(shí)現(xiàn)N - 開關(guān)（低側(cè)配置）功能。

PNP配置（P - 開關(guān)SIO模式）

將TX引腳設(shè)置為低電平，使用EN引腳作為控制信號(hào)，可在CQ上實(shí)現(xiàn)P - 開關(guān)（高側(cè)配置）功能。

推挽、通信模式

將EN引腳設(shè)置為高電平，通過切換TX引腳來控制CQ的推挽輸出。

總結(jié)

TIOL111、TIOL1113、TIOL1115 IO - Link器件收發(fā)器以其豐富的特性、廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景和出色的保護(hù)功能，為工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的通信與控制提供了強(qiáng)大的支持。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，電子工程師們需要充分考慮器件的各項(xiàng)參數(shù)和特性，結(jié)合具體應(yīng)用需求，合理進(jìn)行電源供應(yīng)、布局設(shè)計(jì)、熱管理和負(fù)載驅(qū)動(dòng)等方面的設(shè)計(jì)，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。大家在使用這些器件的過程中，是否也遇到過一些獨(dú)特的問題或有特別的設(shè)計(jì)思路呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。