【導讀】隨著工業4.0的興起
，人們對可重設置的雙向數據交互的智能傳感器/執行器的需求顯著上升。為此，自動化領域的許多知名廠商一起開發了獨立於現場總線的傳感器和執行器的通信標準：IO-Link
，這是一種相對較新的工業傳感器標準
，目前已呈現出迅速增長態勢。據IO-Link相關組織預測，截至當前，行業使用支持IO-Link標準的節點已超過2700萬個，而這個數字仍在不斷攀升。

圖1.IO-Link nodes增長趨勢

（圖源IO-Link.com）

IO-Link技術定義了用於將傳感器和執行器連接到主站單元的接口標準，其遵守的規範和標準是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標準。

IO-Link係統是IO-Link Master和IO-Link Device（Sensor、Actuator和Hub）之間的數字點對點連接，IO-Link通信獨立於所使用的Fieldbus。此外，IO-Link還可以通過IO-Link Hub在係統中連接沒有IO-Link輸入輸出的設備（遵守IEC 61131-2的sensor or Actuator）。

圖2.IO-Link係統應用概述

IO-Link Master可以有兩種工作模式
，分別是IO-Link mode和SIO mode，其可以在任何端口單獨設置，每個端口隻能連接一個IO-Link Device。通信總是從IO-Link Master的Wake-up pulse（80μs）開始，後跟測試消息（Type_0的M序列）
，等待IO-Link Device的響應信息。在SIO mode下，傳感器/執行器的工作方式與傳統的傳感器/執行器類似，測量值和開關狀態通過數字量與傳感器/執行器通信；在IO-Link mode下，確定通信速率和最小周期時間（Cycle time）後建立通信（Master支持4.8Kbit/s
、38.4Kbit/s、230.4Kbit/s三種波特率，Device僅支持其中一種波特率），通過一係列消息（M序列）交換數據
，可以選擇不同的M序列類型（Type_1_x/Type_2_x）來滿足IO-LinkDevice的特定需求（掃描速率、過程數據量等）。每個IO-LinkDevice的屬性、功能和參數都在IO-Link設備描述文件（IODD）中表示。

圖3.IO-Link接口物理層定義

圖4.Master與Device建立通信的過程

注：Master發送喚醒電流脈衝（WURQ）後
，接著發送（COM1、COM2
、COM3不同傳輸速率）測試消息
，直到獲得Device響應，通信建立。

圖5.O-Link 消息序列（M序列）

ADI的IO-Link相關產品和方案

技術型授權代理商Excelpoint世健的工程師Tony Wang介紹了當前ADI可用於設計IO-Link Master和IO-Link Device（Sensor、Actuator和Hub）的相關芯片級設計參考方案。下圖為IO-Link係統中相關產品的設計參考框圖。

圖6.IO-Link係統ADI芯片級應用框圖

1、IO-Link Master設計

Tony表示，大多數IO-Link Master設計中主要包括四種組件：一是用於處理數據的微控製器，在使用IO-Link Master的情況下
，也運行協議棧；二是用於物理層的IO-Link Master收發器
；三是用於現場總線通信的工業以太網控製器；四是電源，以及用於提供浪湧保護的TVS

、ESD等。

另外IO-Link Master設計的主要挑戰包括散熱（Heat）、魯棒性（Robustness）、驅動能力（Drive capability）、軟件（Software）。

2
、ADI在IO-Link Master設計中的優勢

 IO-Link Master收發器：MAX14819/MAX14819A介紹

ADI的MAX14819/MAX14819A是低功耗
、雙通道的IO-Link主站收發器。該收發器包括兩個輔助數字輸入（DI）通道，完全符合最新的IO-Link和二進製輸入標準和測試規範，遵守IEC 61131-2
、IEC 61131-9和IO-Link 1.1.3標準。

圖7.MAX14819/MAX14819A（集成Framers and L+ Supply Controllers）功能框圖

MAX14819與MAX14819A的特色和優點:

●  CQ_ DRIVER的1Ω（typ）導通電阻，減少25%的能量消耗

●  兩個通道共1.9mA（typ）的供電電流

●  集成了L+ Supply Controllers
，具有大容性負載充電能力和2A或者更高的負載電流

●  集成了Frame Handler，減少了對MCU的UART需求

●  每個通道自帶Cycle Timer
，減少對MCU精確定時器的需求

●  通過邏輯地址輸入A1和A0，在一個SPI總線上允許最多四個MAX14819/MAX14819A

●  CQ_ DRIVER可獨立配置為push-pull、NPN
、PNP模式輸出，可選電流範圍從100mA到500mA

●  65V絕對最大額定值
，在其關鍵引腳上（VCC
，CQA，CQB，DIA，DIB，L+A，L+B，SN1A，SN1B）

●  -40°C至+125°C的工作溫度範圍

MAX14819與MAX14819A的不同點：

●  MAX14819A具有Device Message Response Time Checking功能（tA，參考圖5）

●  MAX14819A比MAX14819具有更高的L+閾值

●  MAX14819A接收器比MAX14819具有更高的高頻信號隔離能力

ADI合作的3家IO-Link協議棧公司，可以為終端設計客戶提供更多的IO-Link協議棧開發選擇。

圖8.ADI合作的3家IO-Link協議棧公司

ADI還提供多種評估板資源，方便終端客戶評估與學習。

圖9.ADI評估板資源

3、IO-Link Hub設計

大多數IO-Link Hub設計中主要包括四種組件：一是用於處理數據的微控製器
，在使用IO-Link Hub的情況下

，也運行協議棧
；二是用於物理層的IO-Link Device收發器；三是用於連接傳感器/執行器的高邊/低邊輸出開關，輸入開關等
；四是電源，以及用於提供浪湧保護的TVS、ESD等。

IO-Link Hub設計的主要挑戰同樣包括散熱（Heat）
、魯棒性（Robustness）
、驅動能力（Drive capability）、軟件（Software）。

4、ADI在IO-Link Hub設計中的優勢

 IO-Link Hub收發器：MAX14827A/MAX14828介紹

MAX14827A集成了工業傳感器中常見的高壓功能
，包括驅動器和調節器。MAX14827A具有兩個主動反極性保護的超低功耗驅動器，可工作於正常的24V供電電壓至60V。

圖10.MAX14827A功能框圖

MAX14827A的特色和優點:

●  非常低的功率損耗（2.3Ω/2.7Ω（typ）導通電阻）

●  集成了LDO和LED驅動器

●  熱插拔電源保護

●  具有主動反向極性保護功能的驅動器

●  65V絕對最大額定值

●  MAX14828與MAX14827A的Pin和軟件兼容

注：MAX14827A-Dual Driver

；MAX14828- Single Driver；MAX14829- Pin Controlled，Dual Driver。

IO-Link Hub收發器：MAX22513/MAX22514介紹

MAX22513是雙通道低功耗IO-Link Device收發器
，內部具有高效的DC-DC降壓穩壓器和兩個內部線性穩壓器，以及集成的浪湧保護器件，非常魯棒性的通信。MAX22513具有低導通電阻驅動器（C/Q和DO/DI），可選擇的驅動器電流限製和過流保護，以減少傳感器應用中的功耗。

圖11.MAX22513功能框圖

MAX22513的特色和優點:

●  集成了高效的DC-DC降壓調節器（可輸出2.5到12V@300mA）

●  集成了±1kV/500Ω的浪湧保護功能

●  非常低的功率損耗（2.1Ω/2.3Ω（typ）導通電阻）

●  集成了LDO和LED驅動器

●  集成了精確的振蕩器

●  熱插拔和主動反向極性保護功能

●  65V絕對最大額定值

注：MAX22513-Dual Driver；MAX22514- Single Driver
；MAX22515- Dual Driver（no DC-DC）。

圖12.IO-Link Device收發器散熱對比

IO-Link Hub高邊輸出開關：MAX14915/MAX14916/MAX14917介紹

MAX14917有8個高邊輸出開關，每個通道提供高達700mA（min）的連續電流。MAX14917有一個SPI接口，可以菊花鏈連接，允許與多片MAX14917共用一個SPI總線。兩個看門狗定時器提供了對主設備連接的額外安全檢查。MAX14917具有4 x 4 LED交叉矩陣
，可提供每個通道狀態的視覺指示。

圖13.MAX14917功能框圖

注：MAX14917不具備診斷功能，MAX14915/MAX14916具備診斷功能。MAX14917隻在菊花鏈配置中與MAX14915兼容。

MAX14917的特色和優點:

●  65V絕對最大供電範圍和集成了1KV的浪湧保護功能

●  精確的輸出電流（0.7A，min）

●  在125℃時250mΩ（max）導通電阻

●  過熱保護功能

●  緊湊的6mm x 6mm QFN封裝

IO-Link Hub低邊輸出開關：MAX14919/ MAX14919A介紹

圖14.MAX14919/MAX14919A功能框圖

MAX14919/MAX14919A的特色和優點:

●  165V絕對最大供電範圍和集成了1KV的浪湧保護功能

●  電阻設置精確的電流限製（100mA到800mA）

●  在125℃時300mΩ （max）導通電阻

●  過熱保護和反向電流保護功能

●  緊湊的6.5mm x 6.5mm 20-TSSOP或者4mm x 5mm 20-TQFN封裝

為wei了le滿man足zu將jiang來lai的de需xu求qiu，數shu據ju透tou明ming度du和he通tong信xin必bi須xu一yi致zhi延yan伸shen至zhi比bi控kong製zhi層ceng更geng深shen的de層ceng次ci。那na麼me如ru何he在zai自zi動dong化hua係xi統tong中zhong充chong分fen利li用yong智zhi能neng傳chuan感gan器qi和he執zhi行xing器qi
？答da案an是shi采cai用yong開kai放fang式shi通tong信xin標biao準zhun的deIO-Link。同時，隨著所采用的執行器和傳感器變得越來越智能，也更需要開放的IO-Link通信標準發揮作用
，使傳感器/執行器層直至自動化層都保持較高數據透明度。ADI的IO-Link相關產品和解決方案，讓客戶可以快速、便捷的去評估自動化係統性能，Excelpoint世健還可以提供相關技術支持和指導，深入支持客戶完成整個IO-Link相關產品的設計開發
，幫助客戶縮短產品開發周期。

關於世健——亞太區領先的元器件授權代理商

世健是完整解決方案的供應商
，為亞洲電子廠商包括原設備生產商(OEM)
、原設計生產商(ODM)和電子製造服務提供商(EMS)提供優質的元器件、工程設計及供應鏈管理服務。多次被權威雜誌和行業機構列入全球領先分銷商榜單。

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世健擁有超過35年曆史、逾700名員工，業務擴展至亞太區的49個城市和地區，遍及新加坡
、馬來西亞
、泰國、越南
、中國、印度、印度尼西亞、菲律賓及澳大利亞等十多個國家。1993年
，世健在香港設立區域總部——世健係統（香港）有限公司，正式開始發展中國業務。目前，世健在中國擁有十多家分公司和辦事處，遍及中國主要大中型城市。憑借專業的研發團隊、頂尖的現場應用支持以及豐富的市場經驗，世健在中國業內享有領先地位。

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