小型封装、高性能的TIOL112和TIOL112x IO-Link器件收发器解析

在工业自动化和过程自动化领域，IO-Link技术正发挥着越来越重要的作用。TI推出的TIOL112和TIOL112x系列IO-Link器件收发器，以其小型封装、低残余电压和集成浪涌保护等特性，成为了众多应用的理想选择。今天就来详细剖析一下这款产品。

文件下载：tiol1123.pdf

一、特性亮点

电源与数据兼容性

TIOL112(x)支持7V至36V的电源电压，可配置为PNP、NPN或IO-Link输出，同时支持IEC 61131 - 9 COM1、COM2和COM3数据速率，还具备功能安全型设计，提供相关文档用于功能安全系统设计。

性能提升

与TIOL111(x)引脚兼容，但性能有显著提升。在200mA条件下，残余电压低至0.5V（典型值），有效驱动器电流限制能力出色，封装热性能改善，驱动器压摆率更低，最大750ns可减少过冲，使系统更加稳健。

集成保护特性

集成了多种保护特性，可配置驱动器过流限制在50mA至350mA之间，具备有效反极性保护、过流、过热和UVLO故障指示灯、电感性负载安全快速消磁功能等。同时，L+和CQ上集成了EMC保护，能承受±8kV IEC 61000 - 4 - 2 ESD接触放电、±4kV IEC 61000 - 4 - 4电气快速瞬变和±1.2kV/500Ω IEC 61000 - 4 - 5浪涌。

二、应用场景广泛

TIOL112和TIOL112x适用于现场发送器和执行器、工厂自动化、过程自动化以及远程IO中的IO - Link PHY等场景，为工业自动化系统提供了可靠的通信解决方案。

三、详细说明

通信原理

TIOL112(x)系列收发器通过三线制接口连接至IO - Link主器件时，可作为完整的物理层实现工业双向点到点通信。主器件能够发起通信并与远程节点交换数据。

保护功能

该系列器件能够承受高达1.2kV (500Ω)的IEC 61000 - 4 - 5浪涌，集成反向极性保护功能。通过简单的引脚可编程接口可连接到控制器电路，还可使用外部电阻器配置输出电流限值。此外，针对欠压、过流和过热情况提供了故障报告和内部保护功能。

封装选项

提供多种小型封装选项，如3mm x 3mm 10引脚VSON封装（与TIOL111引脚兼容）和2.45 mm x 1.7 mm DSBGA封装，节省空间。

四、规格参数

绝对最大额定值

涵盖了电源电压、输入逻辑电压、输出电流、存储温度等参数的最大和最小值，超出这些范围可能导致器件永久损坏。

ESD评级

包括人体模型（HBM）、带电设备模型（CDM）以及IEC规格下的ESD评级，确保器件在静电环境下的可靠性。

推荐工作条件

明确了输入电压、逻辑电平输入电压、外部电阻、数据速率、LDO输出电流、工作环境温度和结温等参数的推荐范围。

热信息

给出了不同封装下的热阻和表征参数，帮助工程师进行热设计。

电气特性

详细列出了电源、逻辑电平输入、控制输出、驱动器输出、接收器输入等方面的电气参数，如静态电流、输入输出电压、电阻等。

开关特性

包括驱动器和接收器的传播延迟、使能和禁用延迟、上升和下降时间等参数，影响着器件的开关性能。

五、功能特性深入分析

唤醒检测

TIOL112(x)可在IO - Link模式或标准输入/输出（SIO）模式下工作。在SIO模式下，IO - link主节点发起通信时，TIOL112(x)能检测到唤醒条件，并通过WAKE引脚通知本地微控制器。

电流限制配置

通过ILIM_ADJ引脚的外部电阻可配置输出电流限制，不同的引脚连接方式对应不同的电流限制和故障处理模式，适用于不同的应用场景。

电流故障检测与恢复

当输出电流超过内部设定的电流限制且持续时间超过tsc时，NFAULT引脚会指示故障，输出会周期性重试以检测故障是否消除。电流故障自动恢复模式可通过设置ILIM_ADJ引脚禁用。

热警告与热关断

当芯片温度超过热警告阈值时，NFAULT标志会指示潜在的过热问题；超过热关断阈值时，输出会被禁用，温度下降后内部电路会重新启用驱动器。

故障报告

NFAULT引脚在检测到电流故障、芯片温度过高或电源电压低于UVLO阈值时会拉低，故障消除后恢复高阻抗。

收发器功能表

详细说明了驱动器、接收器、唤醒和电流限制指示等功能在不同输入条件下的输出状态，为工程师进行电路设计提供了依据。

集成电压调节器（LDO）

TIOL1123和TIOL1125集成了线性电压调节器，可提供高达20mA的输出电流。DSBGA（YAH）封装的TIOL1123L可通过VSEL引脚配置LDO输出电压。

反向极性保护

保护电路可防止L+、CQ和L - 引脚的意外反接，最大引脚间电压不超过65V DC。

集成浪涌保护和瞬态波形耐受

L+和CQ引脚能承受高达1.2kV的IEC 61000 - 4 - 5浪涌，可根据需要使用外部TVS二极管提供更高的瞬态保护。

上电顺序和欠压锁定（UVLO）

VCC_IN和L+域可按任意顺序上电，当L+电压低于UVLO阈值时，NFAULT引脚拉低，驱动器禁用，电压恢复后经过一定延迟驱动器重新启用。

六、应用与实现

典型应用设计

TIOL112和TIOL112x IO - Link收发器可用于IO - Link协议通信，也可作为标准数字输出驱动各种传感器和负载。设计时需考虑输入电压范围、输出电流、LDO输出电压和电流等参数。

详细设计步骤

最大结温检查

通过计算驱动器和LDO的功耗，结合热阻参数，可估算结温，确保结温在推荐范围内，避免热关断。

驱动容性负载

该系列器件能驱动CQ输出的容性负载，可通过计算最大可充电电容和合理配置ILIM_ADJ引脚来避免过流故障。

驱动感性负载

TIOL112(x)家族能对大电感负载进行充磁和消磁，内部电路可安全钳位感性负载产生的电压。

应用曲线

提供了CQ在不同工作模式下的电流故障自动恢复、驱动感性和容性负载等应用曲线，帮助工程师直观了解器件的工作特性。

电源供应建议

建议使用24V标称电源，通过至少100nF/100V的电容进行缓冲，确保电源稳定。

布局指南

推荐使用4层电路板，合理分配各层功能，连接热焊盘以提高热性能，使用低ESR陶瓷电容进行去耦，确保电路的稳定性和可靠性。

七、总结

TIOL112和TIOL112x IO - Link器件收发器以其丰富的特性、广泛的应用场景和详细的设计指南，为工业自动化领域的工程师提供了一个可靠的解决方案。在实际应用中，工程师可根据具体需求合理选择器件和配置参数，确保系统的性能和稳定性。大家在使用过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享交流。