工業(yè)應用的傳感在智能化的發(fā)展中，總是試圖能夠隨時獲取目標的測量數(shù)據(jù)、診斷信息以及安全警報。IO-Link是第一個實現(xiàn)讓工業(yè)級傳感更智能的通信協(xié)議，當時是使用TEDS傳感器與IO-Link進行了配合。作為一種點對點的串行數(shù)字通信協(xié)議，它在傳感器與控制器PLC之間進行了周期性的數(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)點大幅增長的促進。

為什么工業(yè)傳感如此青睞IO-Link？

IO-Link技術協(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對點協(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的控制設備。IO-Link技術在所有基于傳感器的工廠級應用中都有極好的適配性。

在這些應用中通常會要求將各類終端，例如傳感器、電機起動器或RFID讀取器，作為最底層網(wǎng)絡的一部分。信息被收集并提供給更上層的現(xiàn)場總線，從而能夠?qū)⑦@種基本的點對點通信從現(xiàn)場融入智能工業(yè)環(huán)境中。可以說它釋放了傳感器蘊藏的潛能。

（圖源：ST）

IO-Link對于機器制造商來說，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%。考慮到工業(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在配合獲取目標的測量數(shù)據(jù)、診斷信息以及安全警報之外，其高可靠性以及熱插拔和反極性保護之類的功能也是工業(yè)廠商極為看重的。

IO-Link通信物理層主設備IC技術趨勢

IO-Link通信在物理層實現(xiàn)的主設備一般稱為主收發(fā)器IC，這一類IC的技術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。關斷電流和關斷電流延遲時間以及熱關斷和自動重啟功能可防止器件過載和短路（如果能可編程則更好），這是所有主設備收發(fā)IC都必需的。C/QO和L+輸出級能夠驅(qū)動電阻、電感和電容負載，對感性負載的驅(qū)動能力體現(xiàn)了主收發(fā)IC的硬實力，一般最高驅(qū)動高達10 mJ的感性負載屬于頂尖的技術水平。

主設備IC會通過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。為實現(xiàn)完整的IC控制、配置和監(jiān)控，MCU與主設備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與主設備IC間完成快速的數(shù)據(jù)交換。

對器件狀態(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。

配對的從屬收發(fā)IC該注意什么

如果主設備收發(fā)IC按照上述的技術趨勢做得很好，那么其配對的從屬收發(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備IC一致，如果主設備允許高邊、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。

功率級是否有效是從屬收發(fā)IC較為看重的一點，其輸出電流能力，驅(qū)動上限與R（DSON）是很重要的指標。除此之外，最重要的就是從屬收發(fā)IC的保護功能。如果能提供即VCC、GND、OUTH、OUTL和I/Q引腳之間的反極性保護，這在工業(yè)傳感器實際應用時會起到很好的保護效果。器件的ESD、抗沖擊能力、抗浪涌能力則關聯(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)條件這一類保護措施，雖然是老生常談但也的確重要。補充說一點那就是，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立供電。

上述單通道的IO-Link從屬收發(fā)IC在設計上會簡單許多，著重于保護與維持可靠性。雙通道的收發(fā)IC則會在額外的驅(qū)動能力以及靈活性上更進一步，會更加適合對于功耗要求嚴苛的應用雙通道設備無疑可以為現(xiàn)場控制帶來附加價值。同樣，雙通道收發(fā)IC更高的集成性意味著在保護上也將更為嚴格。