小型封装、低残余电压与集成浪涌保护：TIOL112 和 TIOL112x IO-Link 器件收发器深度解析

在工业自动化领域，IO-Link 通信技术凭借其高效、可靠的数据传输能力，成为连接现场设备与控制系统的关键纽带。TI 推出的 TIOL112 和 TIOL112x 系列 IO-Link 器件收发器，以其卓越的性能和丰富的特性，为工业应用带来了全新的解决方案。本文将深入剖析该系列收发器的特性、应用及设计要点，助力工程师更好地理解和应用这一先进技术。

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特性亮点

电源与输出配置灵活

TIOL112(x) 支持 7V 至 36V 的电源电压，具备 PNP、NPN 或 IO-Link 可配置输出，能够满足不同工业场景的需求。同时，它支持 IEC 61131-9 COM1、COM2 和 COM3 数据速率，为数据传输提供了多样化的选择。此外，该系列器件还具备功能安全特性，可提供用于功能安全系统设计的文档，确保系统在复杂环境下的稳定运行。

性能提升与引脚兼容

与 TIOL111(x) 引脚兼容的同时，TIOL112(x) 显著提升了性能。在 200mA 条件下，残余电压低至 0.5V（典型值），有效降低了功耗和发热。其驱动器电流限制能力更强，能够更好地保护器件和负载。此外，封装的热性能得到改善，驱动器压摆率更低，最大 750ns 的上升时间减少了过冲，使系统更加稳健。

集成保护特性全面

TIOL112(x) 集成了多种保护特性，为系统提供了全方位的防护。可配置驱动器过流限制范围为 50mA 至 350mA，有效防止过流损坏。L+、CQ 和 L- 上高达 65V 的有效反极性保护，以及过流、过热和 UVLO 的故障指示灯，确保了系统在异常情况下的安全性。同时，电感性负载的安全快速消磁功能，进一步增强了系统的可靠性。

应用领域广泛

TIOL112(x) 系列收发器在工业自动化领域具有广泛的应用前景。它可用于现场发送器和执行器，实现数据的采集和控制；在工厂自动化和过程自动化中，作为 IO-Link PHY 实现设备间的通信；还可应用于远程 IO 系统，实现远程设备的监控和管理。

详细技术解析

工作原理与通信机制

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

保护特性详解

浪涌与 ESD 保护

该系列器件能够承受高达 1.2kV (500Ω) 的 IEC 61000-4-5 浪涌，并集成了反向极性保护功能。L+ 和 CQ 上的集成式 EMC 保护，可有效抵御 ±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，确保了在恶劣电磁环境下的稳定运行。

过流、过热与欠压保护

TIOL112(x) 针对过流、过热和欠压情况提供了完善的保护机制。当输出电流超过设定的电流限制时，NFAULT 引脚会驱动逻辑低电平，指示故障状态，并关闭输出。同时，LDO 继续工作，输出会周期性重试，以检查故障是否消除。当芯片温度超过热警告阈值时，NFAULT 标志会保持低电平；超过热关断阈值时，输出将被禁用，直至温度下降到安全范围。

电流限制配置

输出电流可通过 ILIM_ADJ 引脚连接外部电阻进行配置。不同的电阻配置对应不同的电流限制，如 10kΩ 至 110kΩ 电阻连接时，电流限制可变（35mA 至 300mA）；连接至 L-（RSET 0 至 5kΩ）时，电流限制为 500mA；ILIM_ADJ 引脚开路时，电流限制为 260mA。这种灵活的配置方式，可根据不同的应用需求进行调整。

唤醒检测功能

TIOL112(x) 支持唤醒检测功能，可在 IO-Link 模式或标准输入/输出（SIO）模式下工作。当 IO-link 主节点发起通信时，通过驱动 CQ 线的状态变化，TIOL112(x) 能够检测到唤醒条件，并通过 WAKE 引脚向本地微控制器发送信号。在驱动禁用（EN = L）的情况下，任何满足特定时间条件的 CQ 逻辑电平变化都将被检测为唤醒事件。

应用设计要点

电源供应

TIOL112 和 TIOL112x 收发器设计为在 24V 标称电源下工作，电源电压范围为 7V 至 36V。为确保电源的稳定性，建议使用至少 100nF/100V 的电容对电源进行缓冲。

布局设计

推荐使用 4 层电路板进行设计，以实现良好的热传导。顶层用于控制信号，第二层作为 L- 的电源接地层，第三层为 24V 电源平面（L+），第四层为调节后的输出电源（VCC_IN/OUT）。同时，应将散热焊盘通过尽可能多的散热过孔连接至 L-，以提高散热性能。

驱动不同负载的考虑

电容性负载

TIOL112(x) 能够驱动电容性负载。为避免过流情况导致驱动器禁用，可通过将 ILIM_ADJ 引脚浮空，或在 CQ 输出与负载之间串联电阻的方式，来驱动更高的电容性负载。

电感性负载

该系列器件具备磁化和消磁大电感负载的能力。在 P-switch 和 N-switch 配置中，内部电路能够安全地钳位电感负载产生的感应电压，确保系统的稳定性。

总结与展望

TIOL112 和 TIOL112x 系列 IO-Link 器件收发器以其丰富的特性、卓越的性能和全面的保护功能，为工业自动化应用提供了可靠的解决方案。在实际设计中，工程师应根据具体的应用需求，合理配置器件参数，优化布局设计，以充分发挥其优势。随着工业自动化的不断发展，相信这类高性能的收发器将在更多领域得到广泛应用，为推动工业智能化进程贡献力量。

各位工程师朋友们，在实际应用中，你们是否遇到过类似收发器的使用难题？对于如何进一步优化系统设计，你们有什么独特的见解呢？欢迎在评论区分享交流！