0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

新的PROFIBUS DP节点的最佳设计

0U9g_renesas_ch 来源:未知 作者:李倩 2018-10-22 09:31 次阅读

PROFIBUS

是最常见的现场总线,当前有超过5000万个节点在运行。该总线最初于1989年在德国开发出来并被注册为DIN 19245,国际电工委员会(IEC)已在IEC 61158标准中承认了PROFIBUS及其各种互连格式。

PROFIBUS源自“过程现场总线(Process Field Bus)”一词的缩写,最初是作为位级串行通信标准而设计的。PROFIBUS可以协调网络系统中各节点间的信息交换的执行步骤。最初的PROFIBUS现场管理系统(FMS)被更简单灵活的协议所取代,例如PROFIBUS分布式外设(DP),PROFIBUS过程自动化(PA)以及仅针对电机控制的ProfiDrive。

PROFIBUS DP是迄今为止最流行的实施方案,并且继续保持着强劲增长的势头。但是,随着新DP网络安装数量的不断增加,应用的具体要求也在不断增加。其中包括更高的工作温度和隔离电压,以及更小的外形尺寸。虽然许多RS-485收发器号称与PROFIBUS兼容,但真正符合标准的只有少数,而能够满足日益严苛系统要求的就更少了。

本文将介绍新的PROFIBUS DP节点的最佳设计,重点介绍总线节点隔离、符合PROFIBUS规范和总线信号极性,并将介绍经PROFIBUS国际认可、隔离技术基于巨磁电阻(GMR)的新型隔离收发器系列,该系列包括业界尺寸最小和性能最强大的PROFIBUS收发器。本文还将展示如何保护隔离总线节点免受ESD、EFT和瞬间浪涌的影响。

传统隔离

图1展示了PROFIBUS DP标准文档中描述的传统隔离总线节点设计。该电路使用三个光耦合器将PROFIBUS收发器与其他以大地为接地参考的控制器电路分开。

图1. 传统的PROFIBUS DP节点

瑞萨电子将GMR隔离器与PROFIBUS RS-485收发器集成,推出了ISL32740型号收发器。该器件显著减少了元件数量并降低了功耗,同时提高了对共模电压和线路噪声的容差。此外,收发器可靠性也显著提高。由于GMR隔离器中没有磨损机制,因此该器件在应用的整个生命周期都无需更换。图2展示了使用ISL32740的典型DP节点设计。

图2. 使用ISL32740的新式PROFIBUS DP节点

合规和认证

PROFIBUS国际标准对收发器差分输出电压进行了限制,禁止使用许多目前市场上的收发器芯片。在空载条件下,最大差分总线电压限制在7VPP。而对于最大负载,最小值限制为4VPP。

许多具有高输出驱动的RS-485收发器能够满足4VPP的最小值,但因为生产差分电压高达8.5V的驱动器比较容易,往往会超过7VPP的最大值。但在这里,并不是电压越高越好。

因此需要注意,如果未使用符合4VPP至7VPP限制的收发器,将导致任何申请PROFIBUS认证的产品无法通过认证。另一个申请会遇到的问题是收发器差分电压要求在最大指定电源电压下测量,对于5V收发器来说,通常为5.5V。PROFIBUS测试实验室在合规性测试中会使用这一最恶劣的条件。

总线信号规则

RS-485标准明确地将收发器总线端子A和B分别定义为反相和非反相端子。然而,所有收发器制造商都使用相反的规则,其端子A是非反相,端子B是反相端子。

这个现象一直延续至今。PROFIBUS会按照EIA-485标准,将非反相端子分配给B线,将反相端子分配给A线。但是,全世界的收发器制造商仍在使用相反的信号端子定义。

指定和实际应用的信号规则不匹配一直困扰着网络研发人员。这个问题的解决方案其实很简单,迄今为止安装的5000万个PROFIBUS节点的收发器A为非反相,B为反相端,遵循这一信号规则就可以确保研发人员的设计与未来将会安装的5000万个节点是兼容的。

GMR PROFIBUS解决方案

在推出非隔离式ISL3159型号PROFIBUS收发器后,瑞萨电子又将该器件与数字隔离器(基于GMR技术)集成到单个封装中,进而推出ISL3274x系列隔离式PROFIBUS收发器。最初的ISL32740EIBZ设计针对严格要求8mm爬电距离和标准工业温度范围-40°C至85°C的应用。

对于需要小尺寸封装的密集设计,可以将同样的解决方案应用到更小的16引脚QSOP封装中,从而最大程度地实现小型化,同时还能保持 -40°C至85°C的工作温度范围。根据PROFIBUS用户的需求,确定在以后的设计中需要达到115°C和125°C的更高环境温度。此时采用8mm、16引脚的宽体SOIC封装虽然能够提供足够低的热阻并可以在125°C下继续工作,但是良率会降低。这正是瑞萨电子推出高温PROFIBUS隔离器ISL32740EFBZ的原因。

然而,真正的设计挑战来自于医疗和机器人应用领域的用户,他们不仅有更高的温度需求,还需要VDE增强隔离。为此,瑞萨电子推出的ISL32741EIBZ和ISL32741EFBZ设计采用6kV隔离器,分别对应工业和扩展工业温度范围。虽然这些应用通常使用RS-485,而不是PROFIBUS DP,但瑞萨电子的PROFIBUS收发器同时符合这两个标准。表1列出了各种PROFIBUS收发器的专有特性。需注意,所有收发器在3.0V至5.5V的主电源和4.5V至5.5V的辅助电源下工作时,支持的最大数据速率为40Mbps。

表1. 隔离式PROFIBUS收发器

瞬态保护

为了ISL32740E的应用能扛住超出器件耐压的瞬变,需要增加一个外部瞬态电压抑制器(TVS)。为此,瑞萨电子选用了Semtech RClamp0512TQ,因为它具有高瞬态保护水平、低结电容和小外形尺寸。

表2. RCLAMP0512 TVS特性

TVS在总线和隔离接地(GNDISO)之间执行,如图3所示。由于总线上的瞬态电压以接地电位(也称为保护接地,PE)为参考,因此在GNDISO和PE之间插入高压电容(CHV),为高频瞬变提供低阻抗回路。需注意的是,与PE的连接常通过设备的金属机箱或很短的低电感线实现。

添加一个高压电阻(RHV)与CHV并联,可以防止浮地(GNDISO)和电缆屏蔽(通常用于PROFIBUS)中静电的积聚。表3列出了该电路所需的材料清单。

图3. 具有瞬态保护的隔离式PROFIBUS DP节点

表3. 材料清单

结论

许多设备可在PROFIBUS DP节点中运行。但其中只有少部分符合7VPP DP最大差分电压规范。ISL3274xE隔离式收发器符合PROFIBUS规范,经PROFIBUS国际认可,可用于DP节点。它们使用GMR隔离器技术实现基本和强化隔离,消除了设计风险并加速产品上市时间。了解有关ISL3274xE PROFIBUS RS-485收发器的更多信息 。

关于我们

瑞萨电子作为全球领先的微控制器供应商、模拟功率器件和SoC产品的领导者,提供专业可信的创新嵌入式设计和完整的半导体解决方案,旨在通过使用其产品的数十亿联网智能设备安全可靠地改善人们的工作和生活方式。我们将与您分享最新产品技术资讯和新闻动态。

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 收发器
    +关注

    关注

    10

    文章

    2951

    浏览量

    104574
  • 控制器
    +关注

    关注

    112

    文章

    15020

    浏览量

    170339
  • 隔离器
    +关注

    关注

    4

    文章

    664

    浏览量

    37830

原文标题:大咖谈技术丨使用GMR隔离提高PROFIBUS RS-485的可靠性

文章出处:【微信号:renesas_china,微信公众号:renesas_china】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    PROFIBUSDP作用及功能

      PROFIBUSDP   PROFIBUSDPDP即Decentralized Periphery。它具有高速低成本,用
    发表于 08-11 09:48 7686次阅读

    工业通信中Profibus-dp总线应用手册

    ;strong>工业通信中Profibus-dp总线应用手册</strong><br/>目前用于过程控制的多种通讯协议中
    发表于 12-12 11:53

    串口/PROFIBUS DP 适配器

    `实现了串口与PROFIBUS-DP之间的数据通信。可连接一个具有RS232/RS485/RS422接口的设备到PROFIBUS-DP网络,即将串口设备转换为PROFIBUS-DP网络设备产品特点
    发表于 12-20 17:04

    MPI和PROFIBUS-DP的区别

    RS-485中继器扩展。MPI允许主-主通信和主-从通信。PROFIBUS-DP允许构成单主站或多主站系统。在同一总线上最多可连接126个站点。系统配置的描述包括:站数、站地址、输入/输出地址、输入
    发表于 06-17 05:00

    如何保护隔离总线节点免受ESD/EFT和瞬间浪涌的影响?

      本文将介绍新的PROFIBUS DP节点最佳设计,重点介绍总线节点隔离、符合PROFIBUS
    发表于 03-08 08:26

    怎样去开发一种PROFIBUS-DP接口?

    基于PROFIBUS-DP的自动化系统的构建PROFIBUS-DP接口开发有哪些重点和难点?怎样去开发一种PROFIBUS-DP接口?
    发表于 05-28 07:12

    怎样去解决ARM与PROFIBUS-DP的通信问题呢

    我需要做个控制器,要用arm S3C2410 与PLC通信,由于PLC可以与PROFIBUS-DP通信,所以要解决ARM 与PROFIBUS-DP的通信问题,PROFIBUS总线的通信协议是不是公开的,请教有什么办法实现通信呢?
    发表于 06-13 16:27

    Profibus-DP在毫伏信号测量智能节点中的应用

    介绍了Profibus - DP 现场总线的最新发展,并使用Siemens 的DP 协议芯片SPC3 进行了DP 总线硬件接口电路的设计,着重介绍了带有
    发表于 03-14 11:07 16次下载

    PROFIBUS-DP在纸浆白度控制中的应用The Appl

    通过EM 277 PROFIBUS-DP模块将智能白度仪连接到PROFIBUS-DP网络,使其能与网络中其它智能设备通信,实现对纸浆白度的及时、精确的控制。关键词:现场总线 PROFIBUS-DP 智能白度仪
    发表于 05-31 16:28 10次下载

    基于PROFIBUSDP总线的Danfoss变频器应用

    PROFIBUSDP总线在现代烟草制丝生产线中有着越来越广泛的应用,如何正确使用好带DP口的I/O设备显得尤其重要!本文较详细地讲述了基于PROFIBUS
    发表于 08-17 10:42 74次下载

    Profibus总线在毫伏信号测量节点中的应用

    介绍了 Profibus - DP 现场总线 的最新发展,并使用Siemens 的DP 协议芯片SPC3 进行了DP 总线硬件接口电路的设计,着重介绍了带有
    发表于 05-31 16:03 25次下载
    <b class='flag-5'>Profibus</b>总线在毫伏信号测量<b class='flag-5'>节点</b>中的应用

    Linux和S3C2410的PROFIBUS-DP主站平台设计

    针对标准PROFIBUSDP主站在国内研究较少,自主研发产品的功能有限、智能化不足的现状,进行了基于Linux操作系统的PROFIBUSDP主站的设计和研究,实现了
    发表于 06-21 11:52 1329次阅读
    Linux和S3C2410的<b class='flag-5'>PROFIBUS-DP</b>主站平台设计

    PROFIBUS DP转ETHERCAT网关profibus和modbus区别

    远创智控YC-DPM-ECT是自主研发的一款PROFIBUS-DP主站功能的通讯网关。该产品主要功能是将各种PROFIBUS-DP从站接入到ETHERCAT网络中。
    的头像 发表于 07-27 00:03 398次阅读
    <b class='flag-5'>PROFIBUS</b> <b class='flag-5'>DP</b>转ETHERCAT网关<b class='flag-5'>profibus</b>和modbus区别

    profibus dp接口定义 Profibus-DP通讯协议概述

    PROFIBUSDPDP即Decentralized Periphery,是一种计算机电子元件。
    发表于 08-10 14:18 2563次阅读

    DeviceNet转Profibus DP从站网关应用案例

    DeviceNet是一种基于CAN bus的通讯协议。针对DeviceNet协议,我公司推出了YC-DP-DNT网关。YC-DP-DNT可做DeviceNet主站,将DeviceNet从站设备接入到Profibus网络;也可作为
    的头像 发表于 09-25 10:34 295次阅读
    DeviceNet转<b class='flag-5'>Profibus</b> <b class='flag-5'>DP</b>从站网关应用案例