【应用】面向PLC的高集成隔离双向数字场输入详解

时间： 2019-07-23 来源：世强

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PLC在自动化、工业、制造业等领域中一直保持稳定的增长态势。随着目前市场对更高自动化程度和更高效能的呼声越来越高，加上制造业日益加剧的竞争，PLC产品将继续保持旺盛需求。在PLC产品向好的同时，应用系统对其性能的要求也越来越高。例如在设计工业控制或者工业自动化的系统时，或者电机控制和过程自动化系统的设计，就必须仔细为诸多数字输出电压检测做好安排。

传统的PLC数字输入模块需要高功率电阻检测输出电压，并且使用多个独立的光耦，而这种设计在面对复杂工控系统时出现的问题也越来越多，如消耗功率太大，可靠性降低，成本上升等。为解决上述困扰，如今出现了有一种紧凑且高度集成的数字隔离输入接口，不但能够增加通道输入，而且这个接口让数字信号串行化，同时节省了隔离用光耦，此外，同一简单接口上的数据传输更加可靠。最重要的是，这样的产品一定是低功耗、小体积、低成本的。而这正是世强对客户产品的设计目标。

由世强代理的Si838x是SILICON LABS最新推出的面向PLC和工业I/O模块的双向数字场输入解决方案，使用寿命更长，是比光耦合更具可靠性的解决方案，通过UL1577，CSA，IEC 60950-1、61010-1、60601-1，IEC60747-5-2，GB4943.1多项安全标准。Si838x带有24V流入式或者流出式输入的双向数字接口，该方案输出接口具有并行和串行两种方式可选，其中串行输出共有64个通道（8x Si838x），主要应用场合包括可编程逻辑控制器、工业数据采集、分布式控制系统、数控机床、I/O模块等。

此外，Si838x的关键特性还包括：在一个封装内共有8个输入口，其中有四个为高速输入口；通过安全认证的集成式2.5kVrms隔离；2mA的低输入电流；现场侧无需VDD（电源电压）；配有并行的LED状态指示灯；具有很强的抗电磁干扰能力；高达100ms的可编程防抖动时间；大于25 kV/μs的瞬态抗扰性；配有8个数据输出通道；带有级联能力的SPI接口串行输出；2.5V~5.5V的电源电压范围；–40~ +125 °C的工作温度范围；RoHS封装，符合IEC 61131-2标准。

新系列产品Si838x采用Silicon Labs特有的硅隔离技术，支持实现高达2.5kVrms耐压能力，其输入接口是基于Silicon Labs突破性的以LED仿真器为基础的CMOS技术，从而可实现双向输入输出而使现场侧无需电源电压VDD；其控制器输出接口允许在电压低至2.5V的低功率模式下也能够正常工作。Si838x采用Silicon Labs特有的硅隔离技术，支持实现高达2.5kVrms耐压能力。

Si838x的通道操作与双向光耦合器相似，但它使用射频载波调制而不是光调制，省去了耗电量大的光耦和分立器件，实现了低功耗设计。这种简单的体系结构提供了强有力的数据路径而无需专用的连续字符串或者初始化设置。下图1所示为Si838x单一通道简化框图。

图1：Si838x通道简化框图

该产品能够通过一个分压器电阻网络将24V双向数字输入连接到它的输入电路，这些输入能够作为源和汇的模式。为了实现上述功能，其设计为在前端放置了一个整流桥和一个LED仿真器，紧接着通过电容隔离来驱动开关调制器/解调器。

值得一提的是，Si838x的一个封装中包含有多个型号，每个封装和外围可根据客户需求设计出多种不同的配置。客户如需订购已经被定义的封装QSOP-20系列产品，具体型号以及相关配置、描述见如下图2所示。

图2：Si838x具体型号

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