|
Это
инновационное устройство имеет два входа типа 1, а также два
выходных усилителя: один со стороны высокого напряжения и второй
полумостовой программируемый; также на чипе находятся средства
защиты и диагностики. Связь с внешними микроконтроллерами
обеспечивается за счет быстрого режима I2C. Весь чип заключен в
корпус QFN очень малого размера (3,5×5 мм) с 26 выводами.
Связь по системе IO-Link
Концепция интерфейса IO-LINK
IO-Link представляет собой передовой интерфейс, позволяющий датчикам
и исполнительным устройствам нового поколения эффективно реализовать
подключение к системам промышленной автоматизации. При помощи
интерфейса IO-Link датчики и исполнительные устройства могут
передавать закодированные цифровым образом данные о процессе, данные
по параметрам, конфигурационные и диагностические данные обратно к
устройствам ввода-вывода. Более того, эта связь является
двунаправленной, за счет чего промышленные системы автоматизации
могут записывать данные (о процессе, по параметрам, диагностические,
конфигурационные) на датчики / исполнительные устройства и в то же
время они способны читать данные, поступающие от системы
автоматизации. Связь по интерфейсу IO-Link осуществляется с
использованием стандартных неэкранированных трехжильных кабелей, то
есть таких же кабелей, которые обычно используются для подключения
стандартных устройств ввода-вывода. Это является очевидным
преимуществом данного интерфейса: все уже проложенные кабели могут
быть сохранены. Основные технические граничные условия: интерфейс
IO-Link поддерживает скорость пере- дачи данных до COM3 (230,4
кбит/с) при максимальной длине кабеля 20 м; связь осуществляется
посредством 24-вольтового сигнала и стандартного протокола UART;
длительность одного цикла передачи данных составляет около 2 мс.
Другой важной особенностью интерфейса IO-Link является возможность
использования его стандартными SIO-датчиками за счет работы с
дистанционным включением. Большим преимуществом IO-Link является
нейтралитет интерфейсной шины: она может быть легко интегрирована в
любые системы автоматизации и сетевые системы – например, Ethercat,
Profibus, ASi, Profinet, Interbus и др.
Новое решение: ведущий приемопередатчик L6360 для режимов IO-Link
и SIO
Производители систем промышленной автоматизации приступили к
проектированию первых прикладных решений по использованию интерфейса
IO-Link (как для ведущих, так и для ведомых устройств) с применением
дискретного подхода, что привело к разработке дорогостоящих и
занимающих много места монтажных гнезд с большим числом компонентов.
В этой связи, компания STMicroelectronics приняла решение вступить
на новую арену рынка средств промышленной автоматизации, разработав
ИС с высокой степенью интеграции, полностью совместимую с ТУ
интерфейса IO-Link, но также обладающую возможностью работы в режиме
SIO. Таким образом, компания предложила широкодиапазонное решение,
одновременно позволяющее экономить место на платах и снизить
соответствующие затраты.
Первым в этом новом ряду ИС стал однопортовый ведущий
приемопередатчик L6360. Его основные характеристики: диапазон
напряжения питания 18–32,5 В, выходной ток до 500 мА, два выходных
канала: L+ (силовой переключатель стороны высокого напряжения
сопротивлением 2 Ом) и C/Q (программируемый полумост сопротивлением
2 Ом), два светодиодных трансформатора для диагностики, встроенный
линейный регулятор с возможностью выбора напряжения (5 / 3,3 В), два
входных канала типа 1, защита от перенапряжения / перегрева /
электростатических разрядов.
Описание ведущего приемопередатчика L6360
Блок-схема устройства L6360
стройство представляет собой монолитный ведущий приемопередатчик
с интерфейсом IO-Link, совместимый со слоем по стандарту PHY2 (3
жилы), с поддержкой режимов связи COM1 (4,8 кБод), COM2 (38,4 кБод)
и COM3 (230,4 кБод).
Устройство L6360 имеет два выхода RDS(ON): L+ (до 2 Ом при 125 °C в
режиме HS) и C/QO (до 2 Ом при 125 °C в ре-жиме HS и до 1,2 Ом при
125 °C в режиме LS), и два входа типа 1: C/QI и I/Q.
Используя входные и выходные выводы, приемопередатчик выполняет
передачу данных: полученные на INC/Q данные передаются на C/QO,
тогда как данные, полученные от C/ QI и I/Q, передаются через OUTC/Q
и OUTI/Q, соответственно. Выход L+ обеспечивает питание 24 В для
подключаемого устройства. На этапе приема данных напряжение на C/QI
и I/Q понижается при помощи внутренних генераторов тока. Для
сведения к минимуму общей рассеиваемой мощности в конструкцию L6360
были включены исключительно точные генераторы (C/QI –
программируемый до 6,5 / 3,3 мА; I/Q – до 3 мА).
L6360 имеет девять регистров для хранения ИС-данных, важных для
конфигурации, управления или предоставления диагностических
сведений. Например, после настройки режима конфигурации выходной
усилитель мощности C/QO может быть запрограммирован следующим
образом: сторона высокого напряжения, сторона низкого напряжения, по
двухтактной схеме или тристабильный.
За управление связью между ведущим и ведомым устройствами отвечает
вывод ENC/Q. Когда ENC/Q устанавливается на высокий уровень,
разрешается выход через C/QO; когда ENC/Q находится на низком
уровне, выход через C/QO закрывается, и разрешается прием сигнала
через C/QI и I/Q, что позволяет ведущему устройству принимать данные
от ведомого. Операции чтения/записи данных во внутренних регистрах
L6360 выполняются с использованием быстрого двухжильного режима I2C.
При этом отслеживаются следующие неисправные состояния: линия L+,
перегрев, перегрузка C/Q по току, нехватка напряжения питания
линейного регулятора, нехватка напряжения питания VCC, а также
выполняется контроль четности. При использовании архитектуры более
чем с одним ведущим устройством возникает необходимость
идентификации каждого из них путем присвоения устройствам уникальных
адресов. Это выполняется путем настройки выводов серийных адресов
SA0, SA1 и SA2, которые являются младшими двоичными разрядами адреса
ИС L6360. Это означает, что к шине могут подключаться до восьми
разных ИС L6360. Выводы серийных адресов могут быть подключены к VDD
или заземлению, или же они могут напрямую управляться выходами
микроконтроллера.
В регистрах управления задаются значения токов отключения, времени
задержки токов отключения, времени задержки перезапуска и т. п. во
избежание возникновения короткого замыкания или перегрузки,
приводящих к перегреву устройства, которое может вызвать разрушение
как его самого, так и нагрузки. Дополнительная защита обеспечивается
встроенным термодатчиком, который отключает перегруженный канал, как
только температура на его спае превысит внутреннее установленное
значение (как правило, 150 °C). Выходные усилители C/QO и L+ могут
приводить в действие резистивные, емкостные или индуктивные (до 10
мДж) нагрузки.
Встроенный линейный регулятор (5 или 3,3 В) служит для питания
прямой блокировки цифрового интерфейса, но также может
использоваться и для питания других внешних устройств, которые могут
присутствовать на плате; максимальная допустимая сила тока
регулятора составляет 50 мА. Выходное напряжение линейного
регулятора VDD отличается высокой точностью (колебания < 2,5%).
К выводу Rсмещ. должен быть подключен внешний заземленный
высокоточный резистор. Вывод Rсмещ. служит для поправки точности
основных электрических параметров L6360. В техническом паспорте
L6360 приводится таблица с типичными колебаниями основных
параметров, свидетельствующая о том, что при использовании вывода
Rсмещ. такие колебания не превышают ±1%.
В блоке управления светодиодами можно задать две программируемые
последовательности для управления двумя внешними независимыми
светодиодами. С использованием внутренних регистров LED1 и LED2 для
каждого светодиода может быть запрограммирована 16-битовая
последовательность.
Устройство L6360 производства ST Microelectronics представляет собой
самый современный монолитный ведущий приемопередатчик, работающий в
режимах IO-Link и SIO. Данное устройство было разработано с
использованием сжатой версии собственной передовой технологии
Multipower BCD, которая общепризнанно является важной вехой в
технологиях автоматического управления питанием. Данная технология
имела большой успех с точки зрения развития бизнеса в течение
нескольких последних десятилетий и до сих пор является ведущей среди
технологий, применяемых для успешного выхода на
электроэнергетический рынок, а также в промышленности – например,
автомобилестроении. Технология Multipower BCD позволяет размещать на
одной микросхеме изолированные двухдиффузионные МОП-элементы,
биполярные транзисторы и логические КМОП. L6360 является гибким в
использовании компонентом и может также применяться для стандартного
ввода-вывода данных в окружении ПЛК (программируемого логического
контроллера) или в качестве быстродействующего линейно-го усилителя
на 24 В / 500 мА.
|
