采用小型封装且具有低残余电压和集成浪涌保护功能的 TIOL112 和 TIOL112x IO-Link 器件收发器

在工业自动化领域，可靠的通信和高效的信号处理至关重要。TIOL112 和 TIOL112x 系列 IO-Link 器件收发器凭借其出色的特性和广泛的应用场景，成为了工程师们的理想选择。今天，我们就来深入探讨一下这款收发器的各项特点和应用。

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一、特性亮点

1. 电源与输出配置灵活

该系列收发器支持 7V 至 36V 的电源电压，输出可配置为 PNP、NPN 或 IO-Link 模式，还支持 IEC 61131 - 9 COM1、COM2 和 COM3 数据速率，并且具备功能安全型设计，能提供用于功能安全系统设计的文档。

2. 性能提升显著

与 TIOL111(x) 引脚兼容，但性能有了大幅提升。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，封装的热性能也得到改善，驱动器压摆率更低，最大 750ns，可减少过冲，使系统更加稳健。

3. 集成保护特性强大

具有可配置驱动器过流限制，范围为 50mA 至 350mA，还集成了多种保护功能，如 L +、CQ 和 L - 上高达 65V 的有效反极性保护，过流、过热和 UVLO 的故障指示灯，电感性负载的安全快速消磁功能等。同时，工作环境温度范围为 - 40°C 至 125°C，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(x) 系列收发器适用于多个工业领域，包括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。在这些应用中，它能够实现工业双向点到点通信，为系统的稳定运行提供保障。

三、详细说明

1. 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，主器件可发起通信并与远程节点交换数据，此时它作为完整的物理层。其内部接收器能将 CQ 线上的 24V 信号转换为标准逻辑电平，通过简单的并行接口与本地控制器进行数据和状态信息的收发。

2. 保护功能

该系列器件能承受高达 1.2kV (500Ω) 的 IEC 61000 - 4 - 5 浪涌，集成反向极性保护功能。只需通过简单的引脚可编程接口，就能轻松连接到控制器电路，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。

3. 封装与配置

提供多种封装选项，如 3mm x 3mm 10 引脚 VSON 封装和 2.45mm x 1.7mm DSBGA 封装，节省空间且与 TIOL111 引脚兼容。部分型号还集成了 LDO 选项，可支持高达 20mA 的电流，如 TIOL1123 提供 3.3V LDO，TIOL1125 提供 5V LDO，TIOL1123L (YAH) 还可通过 VSEL 引脚配置为 3.3V 或 5V 输出。

四、参数规格

1. 绝对最大额定值

涵盖了电源电压、输入逻辑电压、输出电流、存储温度等多个参数的极限值，操作超出这些范围可能会导致器件永久损坏。例如，L + 和 CQ 的稳态电压范围为 - 65V 至 65V，存储温度范围为 - 55°C 至 170°C。

2. ESD 评级

包括人体模型 (HBM)、带电设备模型 (CDM) 和 IEC 规格的 ESD 评级，确保器件在静电环境下的可靠性。如所有引脚的 HBM 为 ±4000V，CDM 为 ±750V，IEC 61000 - 4 - 2 ESD 接触放电 L +、CQ 和 L - 为 ±8000V。

3. 推荐工作条件

规定了输入电压范围、输出电流、LDO 输出电压和电流等参数的推荐值，以保证器件的正常工作。例如，L + 的输入电压范围为 7V 至 36V，CQ 的输出电流可根据需求选择合适的限制值。

4. 热信息

提供了不同封装的热阻参数，如 TIOL112、TIOL1123、TIOL1125 DRC (10 引脚) 的结到环境热阻为 45.9°C/W，结到板热阻为 17.9°C/W，有助于工程师进行热设计。

5. 电气特性

详细列出了电源、逻辑输入、控制输出、驱动器输出和接收器输入等方面的电气参数，如电源的静态电流、输入逻辑电压、输出逻辑电压等。例如，EN = LOW 且无负载时，L + 的静态电流为 1mA 至 1.5mA。

6. 开关特性

包括驱动器和接收器的传播延迟、上升和下降时间、唤醒识别时间等参数，反映了器件的开关性能。如驱动器的传播延迟典型值为 600ns 至 1200ns。

7. 典型特性

通过图表展示了电源电流与电源电压、残余电压与负载电流、电流限制与 $R_{SET}$ 等关系，为工程师的设计提供参考。

五、功能特性详解

1. 唤醒检测

TIOL112(x) 可工作在 IO - Link 模式或标准输入 / 输出 (SIO) 模式。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。对于不同的 EN 和 TX 状态以及 CQ 电流变化，有相应的唤醒检测规则。

2. 电流限制配置

输出电流可通过 ILIM_ADJ 引脚的外部电阻进行配置。不同的电阻连接方式会影响电流限制、故障指示和自动恢复功能。例如，连接 10kΩ 至 110kΩ 电阻时，电流限制可变；ILIM_ADJ 引脚浮空时，可用于驱动大电容负载；短接至地时，可用于 IO - link 主模式。

3. 电流故障检测与恢复

当 CQ 输出电流超过内部设定的电流限制且持续时间超过 $t_{sc}$ 时，NFAULT 引脚会指示故障，输出关闭但 LDO 仍正常工作。输出会周期性重试，以检查是否仍存在过流情况。通过设置 ILIM_ADJ = OPEN 可禁用电流故障自动恢复功能。

4. 热警告与热关断

当芯片温度超过 $T{(WRN)}$ 时，NFAULT 标志会指示潜在的过热问题；超过 $T{(SDN)}$ 时，输出会被禁用，但 LDO 保持运行。温度下降到阈值以下并经过热滞回时间后，内部电路会重新启用驱动器。

5. 故障报告

NFAULT 引脚在检测到电流故障、芯片温度超过 $T_{(WRN)}$ 或电源电压低于 UVLO 阈值时会被拉低，故障条件消除后恢复高阻抗。

6. 收发器功能表

详细列出了驱动器、接收器、唤醒和电流限制指示等功能的输入输出关系，方便工程师进行电路设计和调试。

7. 集成电压调节器 (LDO)

TIOL1123 和 TIOL1125 集成了 LDO，可在 7V 至 36V 的 L + 电压范围内提供高达 20mA 的电流。TIOL1123L 在 DSBGA (YAH) 封装中可通过 VSEL 引脚配置 LDO 输出为 3.3V 或 5V。LDO 设计使用标准陶瓷电容，以确保稳定性。

8. 反向极性保护

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

9. 集成浪涌保护和瞬态波形耐受能力

L + 和 CQ 引脚能承受高达 1.2kV 的 1.2/50 – 8/20 μs IEC 61000 - 4 - 5 浪涌，外部 TVS 二极管可用于更高的瞬态保护。器件还能承受高达 ±70V 的瞬态脉冲。

10. 上电顺序和欠压锁定 (UVLO)

VCC_IN 和 L + 域可按任意顺序上电，L + 上电而 VCCIN 未上电时，CQ 引脚保持高阻抗。当 L + 电压低于 $V{(UVLO)}$ 时，器件进入 UVLO 状态，NFAULT 引脚拉低，驱动器禁用；电压恢复后，经过一定延迟，CQ 输出开启。

六、设备功能模式

1. NPN 配置 (N - 开关 SIO 模式)

将 TX 引脚置高或浮空，使用 EN 引脚控制 CQ 实现 N - 开关功能。

2. PNP 配置 (P - 开关 SIO 模式)

将 TX 引脚置低，使用 EN 引脚控制 CQ 实现 P - 开关功能。

3. 推挽通信模式

将 EN 引脚置高，通过切换 TX 引脚控制 CQ 实现推挽输出功能。

七、应用与实现

1. 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。在典型系统设计中，需要考虑输入电压范围、输出电流、LDO 输出电压和电流等参数，选择合适的器件和组件。

2. 设计要求与参数计算

以一个典型设计为例，输入电压范围为 24V（典型值）、30V（最大值），输出电流为 200mA，可选择 250mA 电流限制，$R_{SET}$ 为 27kΩ。通过计算功率消耗和热阻，可确定芯片的结温，确保不超过推荐的最大值。

3. 驱动负载能力

驱动电容负载

可根据公式 $C{LOAD}=frac{left[I{O(LIM)} × t{SC}right]}{V{(L+)}}$ 计算能充电而不触发电流故障的最大电容值。为避免过流，可将 ILIM_ADJ 引脚浮空或在 CQ 输出与负载之间串联电阻。

驱动电感负载

TIOL112(x) 系列能对大电感负载进行充磁和消磁。在 P - 开关和 N - 开关配置中，能安全钳位电感反冲电压。可根据公式 $R=frac{V{(L+)}}{I{O(LIM)}}$ 计算电阻负载的最小值。

4. 应用曲线

提供了 CQ 在电流故障自动恢复、驱动电感负载和电容负载等情况下的应用曲线，帮助工程师更好地理解和设计电路。

5. 电源供应建议

TIOL112 和 TIOL112x 收发器设计工作在 24V 标称电源下，电源电压范围为 7V 至 36V，建议使用至少 100nF/100V 的电容进行缓冲。

6. 布局指南

推荐使用 4 层电路板，合理分配各层功能，如顶层用于控制信号，第二层作为 L - 的电源接地层，第三层用于 24V 电源平面，第四层用于调节后的输出电源。同时，要注意电容的放置、电阻的连接和布线等，以确保电路的性能和稳定性。

八、设备与文档支持

1. 文档更新通知

可在 ti.com 上的器件产品文件夹中注册，接收文档更新通知，查看修订历史以了解详细变更信息。

2. 支持资源

TI E2E™ 支持论坛是获取快速、经过验证的解答和设计帮助的重要途径，但需注意链接内容的相关规定。

3. 静电放电警告

静电放电可能损坏集成电路，需采取适当的预防措施处理器件，避免因 ESD 导致性能降级或器件故障。

4. 术语表

TI 术语表列出并解释了相关术语、首字母缩略词和定义，方便工程师理解文档内容。

九、机械、封装和可订购信息

提供了不同型号的封装、引脚、包装数量、载体、RoHS 合规性、引脚镀层/球材料、MSL 评级/峰值回流温度、工作温度和部件标记等信息，以及封装外形、示例电路板布局、示例模板设计和包装材料信息等，帮助工程师进行器件选型和采购。

TIOL112 和 TIOL112x 系列 IO - Link 器件收发器以其丰富的特性、广泛的应用场景和完善的支持文档，为工业自动化领域的通信和信号处理提供了可靠的解决方案。工程师在设计过程中，应根据具体需求合理选择器件和配置参数，注意布局和散热设计，以确保系统的性能和稳定性。你在使用这款收发器的过程中遇到过哪些问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。