CN213693739U - 一种支持SIO功能的IO-Link中继器长线收发器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种支持SIO功能的IO‑Link中继器长线收发器，所述收发器包括A模块和B模块，所述A模块和所述B模块之间通过电缆连接；其中，所述A模块包括依序连接的第一IO‑Link收发器、上拉电阻、第一收发控制电路、第一差分转换及控制电路和唤醒脉冲产生电路；所述B模块包括依序连接的第二差分转换及控制电路、第二收发控制电路、唤醒脉冲接收电路和第二IO‑Link收发器。不仅能够将IO‑Link通讯的最大传输距离从20米提高到1000米，避免在此传输距离下通讯传输中的信号干扰和信号失真问题，而且能够实现SIO模式和IO‑Link模式之间双向自动切换。

Description

一种支持SIO功能的IO-Link中继器长线收发器

技术领域

本实用新型涉及工业自动化通讯技术领域，特别涉及一种支持SIO功能的IO-Link中继器长线收发器。

背景技术

IO-Link是近几年兴起的一种工业自动化总线通讯技术，尤其在工业4.0和物联网的发展趋势下，业界对IO-Link兴趣日益增大。IO-Link通信标准提供了许多好处，最重要的是降低了机器的成本，使生产流程更有效，并能显著提高了机器和系统的可用性。

IO-Link是一种开放式标准串行通信协议，允许支持IO-Link的传感器、设备进行双向数据交换，并连接到主站。IO-Link主站可以通过各种网络，如现场总线进行传输。每个IO-Link传感器都有一个设备描述（也叫IODD），PLC、HMI等工业信息系统可以使用这些数据进行即时操作或长期分析。

目前公知的是，IO-Link的最大传输距离只能达到20米，这就极大的限制了IO-Link设备在工业现场的应用范围，成了工业4.0和物联网最后一公里的应用瓶颈。

中国专利文献公开了一种“差分平衡MIL-STD-1553A/B信号中继器”（专利号CN201320496581.3公告日：2014.01.29 ），公开了一种差分平衡MIL-STD-1553A/B信号中继器，包括两个收发器、控制芯片FPGA与电平控制模块，在其中一个收发器收到1553信号后，此收发器将收到的1553信号转换为控制芯片FPGA可识别的信号，此信号经控制芯片FPGA处理后，控制芯片FPGA通过控制电平控制模块使另一个收发器工作，将控制芯片FPGA处理后的信号转换为对应的MIL-STD-1553A/B电缆可识别的1553信号，整个过程通过中继器的工作，使原来的1553信号完整也传输到另外一个MIL-STD-1553A/B电缆中，延长信号在MIL-STD-1553A/B电缆中的传输距离。本专利文献中，虽然提到了类似延长信号在电缆中的传输距离，但是其延长信号在电缆中传输距离也是有限，且功能单一。

发明内容

本实用新型的目的在于：针对上述现有技术的不足，提供一种不仅能够将IO-Link通讯的最大传输距离从20米提高到1000米，避免在此传输距离下通讯传输中的信号干扰和信号失真问题，而且能够实现SIO模式和IO-Link模式之间双向自动切换的支持SIO功能的IO-Link中继器长线收发器。

本实用新型采用的技术方案是，本实用新型公开了一种支持SIO功能的IO-Link中继器长线收发器，所述收发器包括A模块和B模块，所述A模块和所述B模块之间通过电缆连接；其中，所述A模块包括依序连接的第一IO-Link收发器、上拉电阻、第一收发控制电路、第一差分转换及控制电路和唤醒脉冲产生电路；所述B模块包括依序连接的第二差分转换及控制电路、第二收发控制电路、唤醒脉冲接收电路和第二IO-Link收发器。

所述唤醒脉冲产生电路包括第一IO-Link收发器的过流输出引脚OL、上拉电阻R1、非门电路U4、单稳态电路U9、电阻R3和电容C2。

所述唤醒脉冲接收电路包括非门电路U18、或门电路U12和第二IO-Link收发器的使能控制端EN。

所述电缆的长度在20米～1000米之间。

所述A模块还包括有IO-Link主机接口和第一长线电缆接口，所述IO-Link主机接口与所述第一IO-Link收发器连接，所述第一长线电缆接口与所述电缆的一端端部连接。

所述B模块还包括有第二长线电缆接口和IO-Link从站设备接口，所述第二长线电缆接口与所述电缆的另一端端部连接，所述第二IO-Link收发器与所述IO-Link从站设备接口连接。

所述B模块还包括有电源接口，用于外接电源。

本实用新型的有益效果是：本实用新型通过依序连接的第一IO-Link收发器、上拉电阻、第一收发控制电路、第一差分转换及控制电路和唤醒脉冲产生电路；依序连接的第二差分转换及控制电路、第二收发控制电路、唤醒脉冲接收电路和第二IO-Link收发器的整体设计，不仅将IO-Link通讯的最大传输距离从20米提高到1000米。采用了差分传输技术，避免了在此传输距离下通讯传输中的信号干扰和信号失真问题，而且采用唤醒脉冲产生电路和唤醒脉冲接收电路的共同作用，实现了SIO模式和IO-Link模式之间双向自动切换。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的连接原理框图；

图2为本实用新型的电路原理图；

图3为本实用新型中第一差分转换及控制电路的电路图；

图4为本实用新型中第二差分转换及控制电路的电路图；

图5为本实用新型中唤醒脉冲产生电路的电路图；

图6为本实用新型中唤醒脉冲接收电路的电路图。

附图标记：1—A模块；2—B模块。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”等应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中介媒体相连，还可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

另外，在本实用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

下面结合实施例对本实用新型中的技术方案进行详细的阐述。

参见图1至图6所示，本实用新型公开了一种支持SIO功能的IO-Link中继器长线收发器，所述收发器包括A模块1和B模块2，所述A模块1和所述B模块2之间通过电缆连接；其中，所述A模块1包括依序连接的第一IO-Link收发器、上拉电阻、第一收发控制电路、第一差分转换及控制电路和唤醒脉冲产生电路；所述B模块2包括依序连接的第二差分转换及控制电路、第二收发控制电路、唤醒脉冲接收电路和第二IO-Link收发器。电路延时小，仅为芯片的门延时时间，可以忽略不计，兼容任何IO-Link上层协议和软件，可将IO-Link的最大传输距离由20米延长到1000米，并同时支持SIO功能。

本实施例通过依序连接的第一IO-Link收发器、上拉电阻、第一收发控制电路（即包括U2、U3）、第一差分转换及控制电路和唤醒脉冲产生电路；依序连接的第二差分转换及控制电路、第二收发控制电路（即包括U11、U12、U13）、唤醒脉冲接收电路和第二IO-Link收发器的整体设计，不仅将IO-Link通讯的最大传输距离从20米提高到1000米。采用了差分传输技术，避免了在此传输距离下通讯传输中的信号干扰和信号失真问题，而且采用唤醒脉冲产生电路和唤醒脉冲接收电路的共同作用，实现了SIO模式和IO-Link模式之间双向自动切换，与IO-Link从站设备直接连接IO-Link主机时完全相同。因此适用于带SIO功能和不带SIO功能的所有IO-Link从站设备。

当A模块1的第一IO-Link收发器（即U1）收发器接收远端从站设备数据时，通过非门电路U2打开第一IO-Link收发器（即U1）的使能控制并同时通过U3阻断第一IO-Link收发器（即U1）的输出信号以防止产生自激振荡；当第一IO-Link收发器（即U1）往第一长线电缆接口（即CN2）接口发送数据时，通过U5、U6和R2、C1组成的控制电路控制U7、U8差分发送和接收器，将单端TTL信号转换为差分信号传输；并且巧妙的利用了第一IO-Link收发器（即U1）的过流信号OL通过非门电路U4和单稳态电路U9、R3、C2产生一个唤醒脉冲输出到CN2接口。

B模块2的第二长线电缆接口（即CN3）接收到差分信号后，通过U14、U15、U16、U17、R4、C3转换成TTL单端信号，通过U11、U12、U13控制电路和U10 、IO-Link收发器电路发送给连接在IO-Link从站设备接口（即CN4）的IO-Link从站设备；SIO信号经非门U18反相后与U11的输出信号连接到或门U12后去控制第二IO-Link收发器（即U10）的EN端，实现IO-Link通讯的唤醒。

通过唤醒脉冲产生电路和唤醒脉冲接收电路，使得本实施例中继器长线收发器除了能够实现IO-Link信号的远距离传输外，还可以实现SIO（标准开关量输入输出）功能，而无论IO-Link从站设备在上电初期是0状态还是1状态。

所述唤醒脉冲产生电路包括非门电路U4、单稳态电路U9、电阻R3和电容C2。A模块1的IO-Link收发器的过流输出引脚OL、上拉电阻R1、非门电路U4、单稳态电路U9、电阻R3、电容C2。当主机输出唤醒信号时，由于过流事件的产生将在第一IO-Link收发器（即U1）的OL引脚输出低电平，经非门电路U4反相输出后由单稳态电路U9产生出一个唤醒脉冲信号输出，通过接口CN2和长线电缆传送给B模块2的第二长线电缆接口（即CN3）。

所述唤醒脉冲接收电路包括非门电路U18、或门电路U12。所述唤醒脉冲接收电路由B模块2的非门电路U18将唤醒信号反相后，通过或门电路U12输出控制IO-Link收发器（即U10）的使能控制端EN，从而通过IO-Link收发器（即U10）将唤醒脉冲信号传输给IO-Link从站设备接口（即CN4）及其所连接的IO-Link从站设备，使从站设备从SIO模式切换为IO-Link通讯模式。

所述电缆的长度在20米～1000米之间。

所述A模块1还包括有IO-Link主机接口和第一长线电缆接口，所述IO-Link主机接口与所述第一IO-Link收发器连接，所述第一长线电缆接口与所述电缆的一端端部连接。

所述B模块2还包括有第二长线电缆接口和IO-Link从站设备接口，所述第二长线电缆接口与所述电缆的另一端端部连接，所述第二IO-Link收发器与所述IO-Link从站设备接口连接。

所述B模块2还包括有电源接口，用于外接电源。

另外，第一IO-Link收发器、第二IO-Link收发器可以采用Maxim MAX22515 IO-Link收发器、MAX14819双通道IO-Link主机收发器。

本实施例的工作原理：

A模块1的IO-Link主机接口（即CN1）接收IO-Link主机来的IO-Link单端信号，经收发器第一IO-Link收发器（即U1）转换成单端的TTL信号，然后经U5、U6、U7、U8、R2、C1组成的差分转换电路转换成差分信号进行远距离传输。B模块2收到A模块1的差分信号后，由差分转换电路U14、U15、U16、U17、R4、C3转换成TTL信号，再经第二IO-Link收发器（即U10）还原成IO-Link信号输出到IO-Link从站设备接口（即CN4）。反之B模块2的IO-Link从站设备接口（即CN4）接收到从站设备发送来的信号流程与上面所述亦相同。

许多IO-Link从站设备初始上电时为SIO状态，在IO-Link中继器长线收发器中如何按照主机的命令将其转换成IO-Link通讯状态，

图5和图6所示的唤醒脉冲产生电路和唤醒脉冲接收电路可以实现这样的转换：当主机发出唤醒命令时，其过流事件会在A模块1的第一IO-Link收发器（即U1）的OL引脚产生一个低电平信号，该信号被非门电路U4反相后输出给单稳态电路U9，由U9和R3、C2产生一个短暂的唤醒脉冲，经接口CN2、长线电缆、输出给B模块2接口CN3，经U18反相后输入给或门电路U12，控制第二IO-Link收发器（即U10）的使能控制引脚EN为高电平，从而将主机的唤醒脉冲发送给连接在IO-Link从站设备接口（即CN4）上的IO-Link从站设备，将其唤醒转换成IO-Link通讯模式。

本实施例的工作状态：

初始上电后，IO-Link从站设备接口（即CN4）上连接的IO-Link从站设备处于SIO模式，当其为逻辑“1”时，主机接收到逻辑“1”，但其为逻辑“0”时，主机则接收到逻辑“0”，这时工作于标准开关量输入输出模式即SIO模式。

当主机要读写从站设备的数据时，主机发送一个唤醒脉冲，通过本实用新型传输给从站设备，从站设备收到该唤醒脉冲后即转换为IO-Link通讯模式等待主机的命令，这时主机就可按照IO-Link通讯协议与从站设备通讯，与从站设备交换数据了。使用本实用新型不需要更改任何上层协议和软件，即插即用，与从站设备直接连接在主机上的效果完全相同。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的宗旨和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础；当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种支持SIO功能的IO-Link中继器长线收发器，其特征在于：

所述收发器包括A模块和B模块，所述A模块和所述B模块之间通过电缆连接；其中，所述A模块包括依序连接的第一IO-Link收发器、上拉电阻、第一收发控制电路、第一差分转换及控制电路和唤醒脉冲产生电路；所述B模块包括依序连接的第二差分转换及控制电路、第二收发控制电路、唤醒脉冲接收电路和第二IO-Link收发器。

2.根据权利要求1所述支持SIO功能的IO-Link中继器长线收发器，其特征在于：

所述唤醒脉冲产生电路包括非门电路U4、单稳态电路U9、电阻R3和电容C2。

3.根据权利要求1所述支持SIO功能的IO-Link中继器长线收发器，其特征在于：

所述唤醒脉冲接收电路包括非门电路U18、或门电路U12。

4.根据权利要求1所述支持SIO功能的IO-Link中继器长线收发器，其特征在于：

所述电缆的长度在20米～1000米之间。

5.根据权利要求1所述支持SIO功能的IO-Link中继器长线收发器，其特征在于：

所述A模块还包括有IO-Link主机接口和第一长线电缆接口，所述IO-Link主机接口、与所述第一IO-Link收发器连接，所述第一长线电缆接口与所述电缆的一端端部连接。

6.根据权利要求1所述支持SIO功能的IO-Link中继器长线收发器，其特征在于：

所述B模块还包括有第二长线电缆接口和IO-Link从站设备接口，所述第二长线电缆接口与所述电缆的另一端端部连接，所述第二IO-Link收发器与所述IO-Link从站设备接口连接。

7.根据权利要求6所述支持SIO功能的IO-Link中继器长线收发器，其特征在于：

所述B模块还包括有电源接口，用于外接电源。

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