IO-Link在工业环境中连接传感器，执行器和系统方面非常受欢迎。尽管如此，开发人员面临着对主设备和设备收发器的更多功能，更高性能和更低功耗的需求。使用MaximIntegrated的一对器件，工程师可以满足这些需求， 本文将研究工业传感器网络的要求，设计人员面临的问题以及IO-Link如何满足这些网络的要求。然后，它将介绍MaximIntegrated的IO-Link解决方案，并展示如何使用它们在网络网关系统和大量外围传感器和执行器之间快速实现完全兼容的IO-Link连接。 IO-Link支持大规模传感器部署 标准I/O接口 在工厂在此，IO-Link定义了一个标准接口，用于将工厂系统连接到外围设备，包括传感器和执行器。IO-Link保持传统外设的24伏电源和信号传统，使用其三线接口在两条线路（L+和L-）上提供24伏电源，以及在第三条线路（C/Q）上进行串行通信。在基于处理器的系统中，IO-Link兼容的收发器位于IO-Link连接的任一端。它们使用IO-Link物理协议相互通信。与此同时，他们正在通过UART或SPI总线将IO-Link信号电平转换为连接到收发器的MCU和处理器的传统数字电平（图1）。 IO-Link如何满足工业传感器网络的要求 图1：IO-Link定义了工厂车间传感器或执行器系统与连接这些外围设备的网关系统之间的点对点连接接口设备到工厂网络。（使用Digi-KeyScheme-it®创建的图像） 虽然IO-Link收发器支持IO-Link规范的较低物理层，但附加的MCU或处理器通常使用简单的消息传递协议管理IO-Link的更高级功能。每个IO-Link事务都发生在一个消息序列（M序列）中，该消息序列以来自主设备的命令消息开始，并以来自连接设备的响应消息结束。在M序列中，主设备和设备消息都包含一系列包含由IO-Link规范定义的数据或字节命令的UART帧，并且具有取决于设备，主设备和应用的时序（图2）。 IO-Link如何满足工业传感器网络的要求 图2：IO-Link指定一个简单的消息传递序列（M序列），其中主机将命令作为一系列UART帧发送到外围设备并从设备接收响应。（图像来源：MaximIntegrated） IO-Link定义了各种功能，旨在确保在恶劣环境中可靠通信。它允许收发器在持续不成功的尝试中重试发送具有最终定义的故障模式的帧。IO-Link还指定外围设备在标准I/O设备描述（IODD）块中存储自身信息的方法，并从IO-Link主站提供有关命令的信息。IO-Link主站可以使用此设备配置信息来设置周期时间和数据速率，同时仍然可以回退到较慢的速度（如果需要），以保持可靠的通信。 虽然IO-Link提供了广泛的优势，超出本文范围的功能，工业自动化开发人员要求更多。在最基本的层面上，传感器和其他外围设备的数量和功能的持续增长对IO-Link连接的两端都提出了很高的要求。IO-Link主站需要更高级的功能，可以高效，安全地为更先进的外围设备提供L+电源。 在外围，IO-Link收发器面临基于MCU的系统简化设计的要求。对于主设备和设备收发器，开发人员需要最大限度地降低功耗以降低热负载，因为更先进的网关系统转向无风扇设计，以降低功耗，消除噪音并简化工厂车间的维护。MaximIntegrated的一对器件通过简单，低功耗的解决方案满足这些不断扩展的需求，以实现IO-Link接口。 高效网关 MaximIntegratedMAX14819主收发器提供单一用于创建IO-Link网关系统的芯片解决方案。该器件旨在简化IO-Link接口设计，通过独立的L+电源控制器和专用于每个通道的帧处理器完全支持两个IO-Link通道。该器件具有广泛的功能，通常仅消耗1.9毫安（mA），如果开发人员使用外部降压稳压器（如MaximIntegratedMAX15062A）代替MAX14819收发器的内部5V稳压器，则功耗更低。由于该器件的集成功能，开发人员只需通过SPI和UART接口将MAX14819连接到MCU，并添加一些组件以提供完全兼容的低功耗IO-Link网关（图3）。http://www.turck.com.cn/cn/iolink-2577.php IO-Link如何满足工业传感器网络的要求 图3：开发人员可以使用MCU，MaximIntegratedMAX14819以及少量其他组件来实现IO-Link主站。（图像来源：MaximIntegrated） 虽然元件数量很少，但最好添加隔离器，例如MaximIntegrated的MAX12930Opto隔离器和MAX12931数字隔离器。 如前所述，IO-Link标准规定了L+/L-电源线，也称为传感器电源。这些通过最长20米（m）的电缆提供，不需要根据标准进行屏蔽。为确保恶劣环境下的安全性和可靠性，MAX14819传感器电源控制器提供可设置的电流限制，反向电流阻断和反极性保护功能。 将G1x连接到低RDS（ON）MOSFET的栅极例如安森美半导体NTTFS5116PL，该器件可以控制相应通道的传感器电源的外部反向电流阻断，而不会增加显着的热负载。G2x处的类似MOSFET将电流驱动至相应的A或B传感器电源通道。位于SN1x和SN2x之间的传感器电阻设置该传感器电源通道的电流限制。除了这些基本保护功能外，MAX14819还允许开发人员设置器件的配置寄存器，以设置每个传感器电源的开启时间，限流消隐时间和自动重试延迟等优化参数。 帮助确保MAX14819集成了CQx线路上的信号完整性，结合了自动保护功能和可设置功能，开发人员可以使用器件的配置寄存器进行编程。例如，使用配置寄存器，设计人员可以将CQx电流限制设置为不同的值，范围从100mA到500mA，以及设置消隐时间。如果过流条件持续时间超过消隐时间，则器件可以产生中断并进入重试模式，具体取决于寄存器设置。 然而，在网关设计中，IO-Link主设备的要求会延长超出支持各个传感器的IO-Link供电和信号要求所需的那些。为了满足对更多IO-Link通道的需求，在执行满足IO-Link要求所需的数据链路层操作时，主机处理器可能会不堪重负。相反，设计人员可以使用MAX14819的集成帧处理器来缓解这种情况。 帧处理器 MAX14819通过集成的帧处理器补充了对外设侧传感器电源和CQ保护的支持。卸载主处理器，提供对IO-LinkM序列的时间关键控制。MAX14819独立工作，使开发人员能够以400微秒（μs）的速度实现IO-Link周期时间，对主处理器的影响最小。 帧处理在IO-Link中起着重要作用消息协议。为了执行典型的M序列事务，设计人员通过共享SPI总线将来自主处理器的主消息加载到MAX14819FIFO缓冲器中，可以是突发或一系列字节写入。MAX14819通过CQx以相应的帧序列发送消息，并立即将CQx信道切换到接收模式，等待设备响应消息。收到后，MAX14819将器件消息加载到接收缓冲区并切换RXRDYBx，它也可以作为中断通知主机（图4）。反过来，主机使用SPI总线读取接收缓冲区，自动复位RXRDYBx线。 IO-Link如何满足工业传感器