具較高電流SIO通道的四通道IO-Link主控器

Eric Benedict

IO-Link 是一項(xiàng)針對(duì)工業(yè)應(yīng)用中智能傳感器和執(zhí)行器點(diǎn)對(duì)點(diǎn)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(jiǎn)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(gè) 24VDC 電源引腳 (L+) 和一個(gè)公共返回引腳 (L–)。

當(dāng)一個(gè) IO-Link 主控器上電時(shí)，它詢問每個(gè)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(gè)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(gè)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(gè)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(shí)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(gè)高電流 SIO 端口 （SIO+） 和一個(gè)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(duì)應(yīng)的 CQ 引腳，即可在 SIO+ 模式中提供任意大的供電電流。對(duì)于高電流端口，L+ 的熱插拔功能是不可用的；但是，對(duì)于那些期望擁有該功能的應(yīng)用，則可增設(shè)一個(gè)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(shí)處于運(yùn)行狀態(tài)的情況下不會(huì)損壞，但是建議不要執(zhí)行該操作模式，因?yàn)檩敵霾ㄐ蔚纳仙拖陆弟壽E是非單調(diào)的。這些軌跡由于通道之間的時(shí)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(cè)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?？紤]到容限和變化，產(chǎn)生了一個(gè) 400mA 的端口額定輸出電流。必須選擇合適的 MOSFET 以應(yīng)對(duì)電壓、電流和安全工作區(qū) (SOA) 要求。更多詳情請(qǐng)見 LTC2874 產(chǎn)品手冊(cè)。

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(gè)驅(qū)動(dòng)器，因此那個(gè)閑置的驅(qū)動(dòng)器充當(dāng)著工作驅(qū)動(dòng)器上的一個(gè)容性負(fù)載。當(dāng)工作驅(qū)動(dòng)器改變狀態(tài)時(shí)，它將在閑置驅(qū)動(dòng)器中產(chǎn)生一個(gè)充電電流。由于 MOSFET 的較大電容和 CQ 驅(qū)動(dòng)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(dòng)器關(guān)斷時(shí)產(chǎn)生振鈴，應(yīng)較大限度地減小 MOSFET 源極和 C/Q 驅(qū)動(dòng)器輸出之間的寄生電感。

圖 2 和圖 3 示出了單個(gè)支持 SIO+ 模式的端口驅(qū)動(dòng)一個(gè)阻性負(fù)載、同時(shí)工作于 SIO+ 或正常 IO-Link 模式時(shí)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(dòng)器來獲得。

審核編輯：郭婷