Eric Benedict

IO-Link 是一項針對工業(yè)應(yīng)用中智能傳感器和執(zhí)行器點對點三線式接口的通信標(biāo)準(zhǔn)。IO-Link 把這些器件的傳統(tǒng)接口能力從簡單的 NC/NO 開關(guān)接口 (標(biāo)準(zhǔn) IO 或 SIO 模式) 擴(kuò)展到雙向智能接口，后者能夠通過三種不同速度 (COM1 — 4.8kb/s、COM2 — 38.4kb/s 或 COM3 — 230.4kb/s) 之一的編碼轉(zhuǎn)換以發(fā)送額外的信息。除了數(shù)據(jù)引腳 (C/Q) 之外，IO-Link Type A 接口還具有一個 24VDC 電源引腳 (L+) 和一個公共返回引腳 (L–)。

當(dāng)一個 IO-Link 主控器上電時，它詢問每個連接器件以決定各器件的正確操作模式：SIO、COM1、COM2 或 COM3。這允許老式傳統(tǒng)器件和支持 IO-Link 標(biāo)準(zhǔn)的器件在同一個系統(tǒng)中無縫地工作。

LTC?2874 的額定 CQ 輸出電流為 110mA。通過并聯(lián)多個通道可以獲得高達(dá) 440mA 的較高電流。雖然這超過了 IO-Link 標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)格限制，但是有些非標(biāo)準(zhǔn) SIO 應(yīng)用有可能要求供應(yīng)更大的電流和 / 或必需保持 4 個獨(dú)立通道的功能。本文將說明怎樣改變 LTC2874 熱插拔通道的用途，以為 SIO 負(fù)載提供較大的電流 (被稱為 SIO+ 模式)，同時保持 LTC2874 的 IO-Link 特性和功能。

圖1.LTC?2874， 四通道 IO 鏈路主機(jī)，配置了三個高電流 SIO 端口 （SIO+） 和一個具有 L+ 熱插拔功能的普通 SIO 電流端口

電路描述

如圖 1 中的端口 1 – 3 所示，通過把通道的熱插拔控制器輸出連接至其對應(yīng)的 CQ 引腳，即可在 SIO+ 模式中提供任意大的供電電流。對于高電流端口，L+ 的熱插拔功能是不可用的；但是，對于那些期望擁有該功能的應(yīng)用，則可增設(shè)一個外部熱插拔控制器。如圖 1 中的端口 4 所示，未用于 SIO 輸出的 LTC2874 熱插拔控制器可用于正常的 L+ 或其他用途。

在正常的 IO-Link 或 SIO 操作中，L+ MOSFET 關(guān)斷，CQ 輸出通過 TXEN、TXD 和 RXD 正常地工作。所有的 IO-Link 功能均得以保持，包括以 COM3 速度進(jìn)行的全速通信和喚醒脈沖發(fā)生。

在 SIO+ 操作期間， L+ MOSFET 通過 SPI 寄存器接口來控制，而 CQ 被停用 (TXEN 為低電平或處于 SPI 寄存器控制之下)。寄存器 0xE 的上半字節(jié)負(fù)責(zé)控制 L+ MOSFET。在 SIO+ 模式中，開關(guān)頻率被限制在大約 COM1 速度。

雖然 LTC2874 在 CQ 和 L+ 輸出同時處于運(yùn)行狀態(tài)的情況下不會損壞，但是建議不要執(zhí)行該操作模式，因為輸出波形的上升和下降軌跡是非單調(diào)的。這些軌跡由于通道之間的時序差異以及各種不同電流限值和源電阻的相互影響而出現(xiàn)。

SIO+ 模式的最大輸出電流由 MOSFET 和檢測電阻器 RS 的選擇來決定。電流限值由 50mV/RS 設(shè)定。圖 1 中電路的典型電流限值為 500mA。考慮到容限和變化，產(chǎn)生了一個 400mA 的端口額定輸出電流。必須選擇合適的 MOSFET 以應(yīng)對電壓、電流和安全工作區(qū) (SOA) 要求。更多詳情請見 LTC2874 產(chǎn)品手冊。

MOSFET 的輸出電容給 IO-Link 標(biāo)準(zhǔn)所允許的 1nF 最大值貢獻(xiàn)了約 60pF。

由于該電路并聯(lián)了兩個驅(qū)動器，因此那個閑置的驅(qū)動器充當(dāng)著工作驅(qū)動器上的一個容性負(fù)載。當(dāng)工作驅(qū)動器改變狀態(tài)時，它將在閑置驅(qū)動器中產(chǎn)生一個充電電流。由于 MOSFET 的較大電容和 CQ 驅(qū)動器的較快邊緣速率，因此這種影響在 IO-Link 操作期間更為顯著。為了防止充電電流脈沖在工作驅(qū)動器關(guān)斷時產(chǎn)生振鈴，應(yīng)較大限度地減小 MOSFET 源極和 C/Q 驅(qū)動器輸出之間的寄生電感。

圖 2 和圖 3 示出了單個支持 SIO+ 模式的端口驅(qū)動一個阻性負(fù)載、同時工作于 SIO+ 或正常 IO-Link 模式時的工作波形。電源電壓為 24V，阻性負(fù)載分別為 56Ω 和 200Ω。

圖2.SIO+ 操作

圖3.支持 SIO+ 的端口的 IO-Link 操作，具有 COM3 速度的 C/Q

結(jié)論

LTC2874 工作于 SIO+ 模式任意大的電流可以通過把熱插拔通道改用作較高電流 SIO 驅(qū)動器來獲得。

審核編輯：郭婷