【经验】复杂工业环境下IO-link设备的ESD保护电路设计

时间： 2019-04-30 来源：IDT（Renesas收购）

IO-Link标准(IEC61131-9)是一种不受现场总线影响的点对点数字通信技术，用于为工业自动化构建智能解决方案，IO-Link在工业系统的中的位置如图1所示。ZIOL2xx是IDT（现已被RENESAS收购）推出的符合IO-Link标准的电平转换系列IC，具备杰出的EMC特性，可配置性高，只需要一条简单的标准工业电缆，即可搭建IO-link接口，利用非屏蔽型三芯或四芯电缆，便可实现智能传感器和执行器的连接，同时还能够连接二进制和模拟设备。IO-Link技术虽然方便，但复杂的工业环境中对ESD保护电路有着特别的要求，本文将介绍复杂工业环境下IO-link设备的ESD保护电路。

图1.IO-link在工业系统中的位置

IO-link设备或主机接口在连接到主端口时必须经过ESD电路。说起ESD电路，最重要的功能便是，电压钳位。常见的钳位方式是在未稳压的输出端增加一个齐纳二极管，使用一个缓冲器来消耗漏能量，这样做一般会消耗更多的功率，并且不能始终提供稳定的输出无负载降压。为提高电路钳位能力，提出了一种特别的ESD电路设计方式，其原理图如图2所示。其中，DZ1-DZ6是双向TVS元件，允许电路在36V输入下工作。电感Lvdd，Lgnd和电容Cfi构成的低通滤波器，降低了ESD放电期间的峰值，将输入电路的钳位能力提高到了40V。该电路还使用了10μF/50V低ESR电容（该原理图中并没有体现，实际这个电容是很重要的存在）和肖特基二极管，使得该电路可承受相当于100nF电容充电到600V的放电。

图2. ESD保护电路原理图

ZIOL2xx内部集成了线性稳压器和低压开关稳压器。铁氧体电感的额定电流需大于设备通信时0.5A的电流，建议选用的额定电流为1A电感。Lcom与Ccom，Laux和Caux构成两个大容量低通LC滤波器，有助于滤掉通信口COMI/O，AUXI/O两端的尖峰电压。通过增加串联电阻Raux和Rcom，限制了输入电流尖峰，保证了这两个LC（此处手册中用的LF滤波器，笔者认为应该是LC滤波器）滤波器在最大通信频率（230.4kps）下也能工作。最终设计出来的ESD保护板实物图与IC板的安装连接如图3所示。

图3. ESD保护板与IC板的安装连接图

经试验测试证明，这款ESD电路能够承受100nF聚丙烯薄膜(pp)电容器的充电到600V的ESD放电，安全，可靠。图4展示了一些试验数据图。

图4.测试结果

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17/Feb, 2020 - RENESAS - 应用及方案

IO-LINK & INDUSTRIAL ETHERNET

描述- 本资料主要介绍了IO-LINK和工业以太网在工业自动化领域的应用和发展。内容包括传感器网络与通信层次结构、IO-LINK市场和技术、IO-LINK产品概述和路线图、IO-LINK竞争格局、IO-LINK应用案例和成功组合、区域成功故事和目标客户。此外，还介绍了工业以太网的市场动态、工业以太网ASSP和10BASE-T1L以太网APL。

型号- 11CCE4502,ZIOL2201,ZIOL2411,RH4Z2501,ZIOL2211,ZIOL2401,CCE4504,CCE4502,CCE4503,DA24645,DA24650,CCE4511,CCE4510

October 2022 - RENESAS - 应用及方案

【应用】传感器信号调节器 (SSC) 助力IO-Link传感器接口应用，具有灵活的可编程模拟前端设计

随着工业4.0的推进，IO-Link的使用越发的广泛。IO-Link是一种独立于任何现场总线，适用于工业控制最底层的简单传感器和执行器的工业通信接口。本文推荐使用IDT（Renesas收购）设计生产的ZSSC3224传感器信号调节器，用作传感器输入信号的高精度放大应用。

2019-04-18 - 应用方案

【应用】支持IO-Link通信标准，可提供两个独立HV I/O通道的IO-Link驱动器助力工业传感应用

瑞萨采用业界领先的RL78微控制器，配合高性能的ZSSC3224传感器信号调理器和ZIOL2401 IO-Link接口构成了完整的IO-Link系统解决方案，该方案支持工业自动化应用，如工业4.0，中国制造2025和iIoT等。适用于压力传感，液位传感，重量传感和各种其他传感功能，功能丰富，设计结构清晰可靠。

2019-04-23 - 应用方案

工业网络：实现IIoT和工业4.0基础设施

描述- 本文介绍了Renesas公司为工业网络提供的多种解决方案，旨在支持工业物联网（IIoT）和工业4.0基础设施的发展。文章涵盖了Renesas的工业网络解决方案，包括支持EtherCAT、EtherNet/IP和PROFINET等协议的产品。此外，还介绍了Renesas的RZ/T2M、RZ/T1、RZ/N2L、RZ/N1、R-IN32M3、R-IN32M4-CL3、EC-1和TPS-1等系列产品的特点和应用，以及如何通过这些产品实现高效、安全的工业自动化。

型号- RX71M,RX23T,R-IN32M3-EC,RA4M1,RA6M1,RA4M3,RA4M2,RA6M3,RA6M2,RA2E1,RA6M5,RTK0EMXDE0C00000BJ,RA6M4,RZ/T2M,RX23E-A,Y-SK-RIN32M3-CL (CC-LINK IE),RA2E2,RA2A1,Y-SK-RIN32M3-EC (ETHERCAT),RTK50565N2S80000BE,YCONNECT-IT-RZN1D,TS-EC-1,RZ/N2L,RTK5RX72N0C00000BJ,RX23W,YCONNECT-IT-RZN1L,RX113,RX66T,RTK9RZT2M0S00000BE,RX66N,YCONNECT-IT-RZN1S,RA6T1,RX111,R-IN32M3,RZ/T1,RA2L1,RX651/N,RZ/N1S,ASI4U-V5,YDRIVE-IT-RZT1,RL78/G14,YCONNECT-IT-RIN,RZ/N1L,RTK7910018S90000BE,RTK0EF0058D01001BJ,RL78,CCE4510,RZ/N1D,RX65N,YCONNECT-IT-EC1,R-IN32(EC),RTK9RZN2L0S00000BE,CCE4502,R-IN32M4-CL3,R-IN32(CL),RTK0ESXB10C00001BJ,RTK5RX66N0C00000BJ,RTK7910018S00000BE,CCE4303,R-IN32M3-CL,RDC-IC RTK0EMXDE0C00000BJ,RX72M,RX24T,RX651,RX72N,RX24U,EC-1,R-IN32(CL3),RX130,RX64M,RZ/N1,RTK5CK65N0S04000BE,ZIOL2401,RTK0EF0058D02001BJ,RX230/1,IOLINKLABKITV2P0,RTK7EKA2A1S00001BU,RTK5572MNDS10000BE,YCONNECT-IT-TPS-1L,YCONNECT-IT-RZN1-EB,RY9012A0000GZ00,YCONNECT-IT-I-RJ4501,TPS-1,RX72T

October 2020 - RENESAS - 商品及供应商介绍 - Rev.5.0-1

【应用】瑞萨RA2E1压力传感器解决方案实现IO-Link应用小型化，易于感应且节省评估环境设置时间

本文中Renesas将介紹包含TMG IO-Link评估协议库文件的压力传感器RA2E1 IO-Link压力解決方案。客戶可以轻松获取该库，而无需申请许可证进行评估和实施到演示中。

2023-04-05 - 应用方案

工业自动化支持工业4.0基础设施

型号- RX71M,R-IN32CL,PS2801C-4,PS9352A,R-IN32M3-EC,RA6M1,RA6M3,RA6M2,RA6M4,ZSSC3026,RX-SERIES,RZN1D,PS9031,RY9012A0000GZ00#001,RZ/A,ZSC310XY,RX66T,RX66N,RAA306400GFP,RA6T1,RAA3064003GF,R-IN32M3,RZ/T1,RMLV0808B SERIES,ISL32704E,R-IN32M4,R-IN32EC,RZ/N1S,RZ/G SERIES,ASI4U-V5,RMLV0416E SERIES,RZ/N1L,RX600 SERIES,R-IN32M3 SERIES,RZ/N1D,R-IN32M3-CL/EC,ZSC31014,RMLV0816B SERIES,RA FAMILY,RL78/I1E,R9J06G039UGNP,ISL8840,RMLV1616A SERIES,ZSSC32XY,PS2381,PS2811-4,RMLV0414E SERIES,R-IN32M4-CL3,RAA230152,R-IN32,RAA230153,ISL80505,PG-FP6,R-IN32M3-CL,RX72M,RX72N,RZ/N,RXV2,RXV3,RZN1S,RZ/G,RXV1,RZ/N1,PS8902,RZ/T,R-IN32 SERIES,RAA3064002GFP,RMWV3216A SERIES,RZ/T SERIES,RX72T,RX23T,ASI4U,PS8352A,RX63N,RA4M1,RX FAMILY,ISL80019,R-IN32CL3,RX23E-A,RA2A1,RX200 SERIES,ZSSC3224,SAP5,RMLV0408E SERIES,PS9905,TS-EC-1,RAA212422,RZ/A1,RX23W,RX113,RX700 SERIES,RX100 SERIES,RX631,RX230,RX231,RX111,RX651/N,ZIOL2X01,HIP4082,RJK0854DPB,RL78,RX13T,R-IN32M3-CL2,RX65N,RAA3064003GFP,RL78/G1F,ZSC31050,PS9009,PS9402,ZSSC3123,S1JA,PS9924,TS-RX72M-COM,RAA230231,RX700,ZSSC3240,ZSSC30XY,RX651,RX24T,RX24U,RZ/A2M,EC-1,RMLV3216A SERIES,R-IN32M3-EC/CL,RMLV SERIES,RX64M,ISL85033,ZIOL2401,RA SERIES,PS284X-4,ISL8485E,RMWV6416A SERIES,PS9124,PS9123,PS9001,RMWV SERIES,R-IN32M SERIES,ZSSC3230,RZ/N SERIES,TPS-1,R-IN32M

2020.10 - RENESAS - 商品及供应商介绍 - R30CA0162EJ0501 查看更多版本

RA2E1组IO-Link解决方案示例应用笔记

型号- EK-RA2E1,ZIOL2401,ZSSC3240,RA2E1 GROUP,RA2E1

Nov.01.22 - RENESAS - 应用笔记或设计指南 - Rev.1.00

【产品】双通道IO-Link高压线路驱动器ZIOL2401、ZIOL2411，适用于IO-Link设备和主站等

ZIOL2401/ZIOL2411是IDT（Renesas收购）推出的双通道IO-Link高压线路驱动器，针对的是工业自动化应用中的传感器/执行器系统的物理层，可提供两个独立的I/O通道，具有多种可配置的系统功能，专门用于支持IO-Link通信标准，具有推挽级的输出驱动器，广泛应用于24V线路驱动器/电平转换器,符合IO-Link的设备,符合IO-Link标准的主站。

2019-04-06 - 新产品