適用于工業(yè)控制應用的隔離PLC數字輸入

圖中U1為MAX31911八通道電平轉換器/串行器，U3為MAX14850 6通道數據隔離器。

該設計中，工業(yè)數字輸入串行器(U1)將傳感器和開(kāi)關(guān)的24V數字輸出進(jìn)行電平轉換、信號調理以及串行化, 轉變?yōu)闈M(mǎn)足微控制器要求的CMOS兼容信號。該器件提供PLC數字輸入模塊的前端接口電路，與傳統的分立電阻分壓方案相比，輸入限流可有效減小對現場(chǎng)電源的消耗。圖4所示為兩種方法中單路輸入通道的電流-電壓關(guān)系?？蛇x擇的片上低通濾波器靈活地對傳感器輸出進(jìn)行去抖和濾波。片上8至1串行化省去了隔離所需的光耦。每8位數據通過(guò)SPI端口發(fā)送一次多位CRC校驗，確保高噪聲工業(yè)環(huán)境下的可靠通信。為實(shí)現更大靈活性，片上集成的5V電壓穩壓器可為外部光耦、數字隔離器或其它外部5V電路供電。

圖4：傳統設計方案與Corona (MAX31911)設計方案中單路輸入通道的電流-電壓關(guān)系比較。

U3(MAX14850)以Pmod兼容的尺寸規格實(shí)現了6通道數據隔離。Pmod規范允許3.3V和5V模塊，以及各種引腳分配。在Pmod側，供電電壓可為3.3V或5V;U1側的電壓為5V。支持的數據隔離為600VRMS。

大多數情況下，U1(MAX31911)由24V現場(chǎng)電源供電;如果無(wú)現場(chǎng)電源可供使用，U1可由控制器側供電。后一種情況中，Corona電路板上的H橋變壓器驅動(dòng)器(U2，MAX13256)和變壓器為MAX31911提供使用級的隔離電源。

軟件說(shuō)明

Corona設計經(jīng)過(guò)Nexys3和ZedBoard 平臺驗證。目前提供這兩種平臺的項目文件、器件驅動(dòng)器以及示例代碼。由于板載Pmod兼容連接器非常簡(jiǎn)單，所以Corona設計很容易用于任何微控制器或FPGA開(kāi)發(fā)電路板。

總結

本文介紹Corona (MAXREFDES12#)子系統參考設計如何為工業(yè)控制和自動(dòng)化應用提供結構緊湊而簡(jiǎn)單的隔離數字輸入接口。Corona設計提供八路數字輸入通道。通過(guò)單一的SPI接口簡(jiǎn)單級聯(lián)多片八通道數字輸入IC——無(wú)需額外片選線(xiàn)，很容易以8的倍數增加通道數量。只需單個(gè)SPI接口即可將傳感器數據傳輸至PLC，無(wú)需隔離附加通道，大幅減少了輸入模塊中所需的隔離器數量。該設計大幅降低了成本，占用的空間較小，單位PCB面積上的通道密度較高。該設計提供基于Nexys3或ZedBoard平臺的示例軟件。