跟着工业4.0的鼓起，人们对可重设置的双向数据交互的智能传感器/施行器的需求显著上升。为此，主动化范畴的许多出名厂商一路开发了独立于现场总线的传感器和施行器的通信尺度：IO-Link，那是一种相对较新的工业传感器尺度，目前已呈现出敏捷增长态势。据IO-Link相关组织预测，截至当前，行业利用撑持IO-Link尺度的节点已超越2700万个，而那个数字仍在不竭攀升。
图1 .IO-Link nodes增长趋向
（图源IO-Link.com）
IO-Link手艺定义了用于将传感器和施行器毗连到主站单位的接口尺度，其遵守的标准和尺度是IO-Link Interface and System SPEcification（V1.1.1 or V1.1.2以及最新的V1.1.3）和IEC 61131-9尺度。
IO-Link系统是IO-Link Master和IO-Link Device（Sensor、Actuator和Hub）之间的数字点对点毗连，IO-Link通信独立于所利用的Fieldbus。此外，IO-Link还能够通过IO-Link Hub在系统中毗连没有IO-Link输入输出的设备（遵守IEC 61131-2的sensor or Actuator）。
图2.IO-Link系统应用概述
IO-Link Master能够有两种工做形式，别离是IO-Link mode和SIO mode，其能够在任何端口零丁设置，每个端口只能毗连一个IO-Link Device。通信老是从IO-Link Master的Wake-up pulse（80μs）起头，后跟测试动静（Type_0的M序列），期待IO-Link Device的响应信息。在SIO mode下，传感器/施行器的工做体例与传统的传感器/施行器类似，丈量值和开关形态通过数字量与传感器/施行器通信；在IO-Link mode下，确定通信速度和最小周期时间（Cycle time）后成立通信（Master撑持4.8Kbit/s、38.4Kbit/s、230.4Kbit/s三种波特率，Device仅撑持此中一种波特率），通过一系列动静（M序列）交换数据，能够选择差别的M序列类型（Type_1_x/Type_2_x）来满足IO-Link Device的特定需求（扫描速度、过程数据量等）。每个IO-Link Device的属性、功用和参数都在IO-Link设备描述文件（IODD）中暗示。
图3.IO-Link接口物理层定义
图4.Master与Device成立通信的过程
注：Master发送唤醒电流脉冲（WURQ）后，接着发送（COM1、COM2、COM3差别传输速度）测试动静，曲到获得Device响应，通信成立。
图5.O-Link 动静序列（M序列）
ADI的IO-Link相关产物和计划
手艺型受权代办署理商Excelpoint世健的工程师Tony Wang介绍了当前ADI可用于设想IO-Link Master和IO-Link Device（Sensor、Actuator和Hub）的相关芯片级设想参考计划。下图为IO-Link系统中相关产物的设想参考框图。
图6.IO-Link系统ADI芯片级应用框图
1、IO-Link Master设想
Tony暗示，大大都IO-Link Master设想中次要包罗四种组件：一是用于处置数据的微控造器，在利用IO-Link Master的情况下，也运行协议栈；二是用于物理层的IO-Link Master收发器；三是用于现场总线通信的工业以太网控造器；四是电源，以及用于供给浪涌庇护的TVS、ESD等。
别的IO-Link Master设想的次要挑战包罗散热（Heat）、鲁棒性（Robustness）、驱动才能（Drive capability）、软件（Software）。
2、ADI在IO-Link Master设想中的优势
IO-Link Master收发器：MAX14819/MAX14819A介绍
ADI的MAX14819/MAX14819A是低功耗、双通道的IO-Link主站收发器。该收发器包罗两个辅助数字输入（DI）通道，完全契合最新的IO-Link和二进造输入尺度和测试标准，遵守IEC 61131-2、IEC 61131-9和IO-Link 1.1.3尺度。
图7.MAX14819/MAX14819A（集成Framers and L+ Supply Controllers）功用框图
MAX14819与MAX14819A的特色和长处:
● CQ_ DRIVER的1Ω（typ）导通电阻，削减25%的能量消耗
● 两个通道共1.9mA（typ）的供电电流
● 集成了L+ Supply Controllers，具有大容性负载充电才能和2A或者更高的负载电流
● 集成了Frame Handler，削减了对MCU的UART需求
● 每个通道自带Cycle Timer，削减对MCU切确按时器的需求
● 通过逻辑地址输入A1和A0，在一个SPI总线上允许最多四个MAX14819/MAX14819A
● CQ_ DRIVER可独立设置装备摆设为push-pull、NPN、PNP形式输出，可选电流范畴从100mA到500mA
● 65V绝对更大额定值，在其关键引脚上（VCC，CQA，CQB，DIA，DIB，L+A，L+B，SN1A，SN1B）
● -40°C至+125°C的工做温度范畴
MAX14819与MAX14819A的差别点：
● MAX14819A具有Device Message Response Time Checking功用（tA，参考图5）
● MAX14819A比MAX14819具有更高的L+阈值
● MAX14819A领受器比MAX14819具有更高的高频信号隔离才能
ADI合做的3家IO-Link协议栈公司，能够为末端设想客户供给更多的IO-Link协议栈开发选择。
图8.ADI合做的3家IO-Link协议栈公司
ADI还供给多种评估板资本，便利末端客户评估与进修。
图9.ADI评估板资本
3、IO-Link Hub设想
大大都IO-Link Hub设想中次要包罗四种组件：一是用于处置数据的微控造器，在利用IO-Link Hub的情况下，也运行协议栈；二是用于物理层的IO-Link Device收发器；三是用于毗连传感器/施行器的高边/低边输出开关，输入开关等；四是电源，以及用于供给浪涌庇护的TVS、ESD等。
IO-Link Hub设想的次要挑战同样包罗散热（Heat）、鲁棒性（Robustness）、驱动才能（Drive capability）、软件（Software）。
4、ADI在IO-Link Hub设想中的优势
IO-Link Hub收发器：MAX14827A/MAX14828介绍
MAX14827A集成了工业传感器中常见的高压功用，包罗驱动器和调理器。MAX14827A具有两个主动反极性庇护的超低功耗驱动器，可工做于一般的24V供电电压至60V。
图10.MAX14827A功用框图
MAX14827A的特色和长处:
● 十分低的功率损耗（2.3Ω/2.7Ω（typ）导通电阻）
● 集成了LDO和LED驱动器
● 热插拔电源庇护
● 具有主动反向极性庇护功用的驱动器
● 65V绝对更大额定值
● MAX14828与MAX14827A的Pin和软件兼容
注：MAX14827A-Dual Driver；MAX14828- Single Driver；MAX14829- Pin Controlled，Dual Driver。
IO-Link Hub收发器：MAX22513/MAX22514介绍
MAX22513是双通道低功耗IO-Link Device收发器，内部具有高效的DC-DC降压稳压器和两个内部线性稳压器，以及集成的浪涌庇护器件，十分鲁棒性的通信。MAX22513具有低导通电阻驱动器（C/Q和DO/DI），可选择的驱动器电流限造和过流庇护，以削减传感器应用中的功耗。
图11.MAX22513功用框图
MAX22513的特色和长处:
● 集成了高效的DC-DC降压调理器（可输出2.5到12V@300mA）
● 集成了±1kV/500Ω的浪涌庇护功用
● 十分低的功率损耗（2.1Ω/2.3Ω（typ）导通电阻）
● 集成了LDO和LED驱动器
● 集成了切确的振荡器
● 热插拔和主动反向极性庇护功用
● 65V绝对更大额定值
注：MAX22513-Dual Driver；MAX22514- Single Driver；MAX22515- Dual Driver（no DC-DC）。
图12.IO-Link Device收发器散热比照
IO-Link Hub高边输出开关：MAX14915/MAX14916/MAX14917介绍
MAX14917有8个高边输出开关，每个通道供给高达700mA（min）的持续电流。MAX14917有一个SPI接口，能够菊花链毗连，允许与多片MAX14917共用一个SPI总线。两个看门狗按时器供给了对主设备毗连的额外平安查抄。MAX14917具有4 x 4 LED穿插矩阵，可供给每个通道形态的视觉指示。
图13.MAX14917功用框图
注：MAX14917不具备诊断功用，MAX14915/MAX14916具备诊断功用。MAX14917只在菊花链设置装备摆设中与MAX14915兼容。
MAX14917的特色和长处:
● 65V绝对更大供电范畴和集成了1KV的浪涌庇护功用
● 切确的输出电流（0.7A，min）
● 在125℃时250mΩ（max）导通电阻
● 过热庇护功用
● 紧凑的6mm x 6mm QFN封拆
IO-Link Hub低边输出开关：MAX14919/ MAX14919A介绍
图14.MAX14919/MAX14919A功用框图
MAX14919/MAX14919A的特色和长处:
● 165V绝对更大供电范畴和集成了1KV的浪涌庇护功用
● 电阻设置切确的电流限造（100mA到800mA）
● 在125℃时300mΩ （max）导通电阻
● 过热庇护和反向电流庇护功用
● 紧凑的6.5mm x 6.5mm 20-TSSOP或者4mm x 5mm 20-TQFN封拆
为了满足未来的需求，数据通明度和通信必需一致延伸至比控造层更深的条理。那么若何在主动化系统中充实操纵智能传感器和施行器？谜底是接纳开放式通信尺度的IO-Link。同时，跟着所接纳的施行器和传感器变得越来越智能，也更需要开放的IO-Link通信尺度阐扬感化，使传感器/施行器层曲至主动化层都连结较高数据通明度。ADI的IO-Link相关产物息争决计划，让客户能够快速、便利的去评估主动化系统性能，Excelpoint世健还能够供给相关手艺撑持和指点，深切撑持客户完成整个IO-Link相关产物的设想开发，帮忙客户缩短产物开发周期。
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