工業(yè)應(yīng)用的傳感在智能化的發(fā)展中，總是試圖能夠隨時(shí)獲取目標(biāo)的測量數(shù)據(jù)、診斷信息以及安全警報(bào)。IO-Link是第一個(gè)實(shí)現(xiàn)讓工業(yè)級(jí)傳感更智能的通信協(xié)議，當(dāng)時(shí)是使用TEDS傳感器與IO-Link進(jìn)行了配合。作為一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的串行數(shù)字通信協(xié)議，它在傳感器與控制器PLC之間進(jìn)行了周期性的數(shù)據(jù)交換。

在目前全球工業(yè)傳感器產(chǎn)品中，IO-Link已經(jīng)占據(jù)了很大的份額，并且還在不斷增長。就目前IO-Link的增長率而言，已經(jīng)很接近以太網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的增長率了，這一趨勢很大程度上受到了現(xiàn)場總線節(jié)點(diǎn)大幅增長的促進(jìn)。

為什么工業(yè)傳感如此青睞IO-Link？

IO-Link技術(shù)協(xié)議是以工業(yè)傳感器為中心的，它的協(xié)議架構(gòu)定義了其是一種簡單的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)協(xié)議而不是現(xiàn)場總線，目的是從傳感器更好地接收信息并接入更高級(jí)的控制設(shè)備。IO-Link技術(shù)在所有基于傳感器的工廠級(jí)應(yīng)用中都有極好的適配性。

在這些應(yīng)用中通常會(huì)要求將各類終端，例如傳感器、電機(jī)起動(dòng)器或RFID讀取器，作為最底層網(wǎng)絡(luò)的一部分。信息被收集并提供給更上層的現(xiàn)場總線，從而能夠?qū)⑦@種基本的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信從現(xiàn)場融入智能工業(yè)環(huán)境中?？梢哉f它釋放了傳感器蘊(yùn)藏的潛能。

（圖源：ST）

IO-Link對(duì)于機(jī)器制造商來說，其簡化的布線方案將傳感器、輸出和控制的布線硬件降低了 30%-60%?？紤]到工業(yè)傳感一般有較高的成本，IO-Link的成本可以說十分劃算了，這也是工業(yè)傳感青睞IO-Link的原因之一。IO-Link在配合獲取目標(biāo)的測量數(shù)據(jù)、診斷信息以及安全警報(bào)之外，其高可靠性以及熱插拔和反極性保護(hù)之類的功能也是工業(yè)廠商極為看重的。

IO-Link通信物理層主設(shè)備IC技術(shù)趨勢

IO-Link通信在物理層實(shí)現(xiàn)的主設(shè)備一般稱為主收發(fā)器IC，這一類IC的技術(shù)趨勢往往取決于芯片和協(xié)議棧頭部廠商的合作趨勢。

符合PHY3線的單片IO-Link主收發(fā)器仍是最主流的IO-Link物理層IC，可以支持COM1 、COM2和COM3模式。C/QO輸出模式可調(diào)高邊、低邊或推挽模式。關(guān)斷電流和關(guān)斷電流延遲時(shí)間以及熱關(guān)斷和自動(dòng)重啟功能可防止器件過載和短路（如果能可編程則更好），這是所有主設(shè)備收發(fā)IC都必需的。C/QO和L+輸出級(jí)能夠驅(qū)動(dòng)電阻、電感和電容負(fù)載，對(duì)感性負(fù)載的驅(qū)動(dòng)能力體現(xiàn)了主收發(fā)IC的硬實(shí)力，一般最高驅(qū)動(dòng)高達(dá)10 mJ的感性負(fù)載屬于頂尖的技術(shù)水平。

主設(shè)備IC會(huì)通過UART來接收MCU發(fā)來的數(shù)據(jù)，并將其傳輸至C/QO引腳。而從C/QI引腳接收到的從站數(shù)據(jù)是通過UART發(fā)送給MCU的。為實(shí)現(xiàn)完整的IC控制、配置和監(jiān)控，MCU與主設(shè)備IC之間的通信就顯得尤為重要，例如快速模式兩線I2C就能夠在MCU與主設(shè)備IC間完成快速的數(shù)據(jù)交換。

對(duì)器件狀態(tài)的管理也是不可缺少的，這一類收發(fā)器IC通過寄存器來管理參數(shù)及其狀態(tài)，寄存器數(shù)量是否滿足功能需求是首先要考量的。狀態(tài)監(jiān)測的故障條件需要囊括L+線路、過熱、C/Q過載、線性調(diào)節(jié)器欠壓和奇偶校驗(yàn)。

配對(duì)的從屬收發(fā)IC該注意什么

如果主設(shè)備收發(fā)IC按照上述的技術(shù)趨勢做得很好，那么其配對(duì)的從屬收發(fā)IC又該注意些什么？首先肯定是符合PHY3線，支持COM1、COM2和COM3模式。其輸出配置需要與主設(shè)備IC一致，如果主設(shè)備允許高邊、低邊或推挽輸出，那從屬收發(fā)IC也需要滿足三類輸出配置。

功率級(jí)是否有效是從屬收發(fā)IC較為看重的一點(diǎn)，其輸出電流能力，驅(qū)動(dòng)上限與R（DSON）是很重要的指標(biāo)。除此之外，最重要的就是從屬收發(fā)IC的保護(hù)功能。如果能提供即VCC、GND、OUTH、OUTL和I/Q引腳之間的反極性保護(hù)，這在工業(yè)傳感器實(shí)際應(yīng)用時(shí)會(huì)起到很好的保護(hù)效果。器件的ESD、抗沖擊能力、抗浪涌能力則關(guān)聯(lián)著器件的EMC魯棒性，大大影響穩(wěn)定性。

輸出短路、過電壓和快速瞬態(tài)條件這一類保護(hù)措施，雖然是老生常談但也的確重要。補(bǔ)充說一點(diǎn)那就是，從屬收發(fā)IC的線性穩(wěn)壓器最好能夠可選，用于通過的總線為傳感器獨(dú)立供電。

上述單通道的IO-Link從屬收發(fā)IC在設(shè)計(jì)上會(huì)簡單許多，著重于保護(hù)與維持可靠性。雙通道的收發(fā)IC則會(huì)在額外的驅(qū)動(dòng)能力以及靈活性上更進(jìn)一步，會(huì)更加適合對(duì)于功耗要求嚴(yán)苛的應(yīng)用雙通道設(shè)備無疑可以為現(xiàn)場控制帶來附加價(jià)值。同樣，雙通道收發(fā)IC更高的集成性意味著在保護(hù)上也將更為嚴(yán)格。