使用IO-link克服智能工厂传感器的功耗与空间难题
如果您的工作涉及到为智能工厂应用设计工业传感器，那么您肯定常常遇到与功率密度的相关挑战。一方面，传感器外壳不断缩小，而另一方面，每个人都希望传感器具备更多特性。即使您成功将电子元件安装到传感器内，另一个看不见的因素也可能会导致您的设备失效，那就是热量形式的功率耗散。
许多工业传感器使用的是m8或更大的m12电缆连接器，这会影响传感器外壳的尺寸，进而影响其散发的热量。io-link可以为传感器带来所需的智能特性，但要解决热量问题，您需要知道在选用收发器时的注意事项。在本文中，我们会提供一些实用的设计技巧，以帮助您做出正确的选择。
io-link传感器的功耗预算
假设您要使用m8连接器设计总功耗不超过400mw，或使用m12连接器设计总功耗不超过600mw的io-link传感器。
除了变送器（压力/温度/距离）之外，您的传感器通常还包括以下内容：
模拟前端(afe)
微控制器
状态led
电缆驱动器输出级
工业传感器使用24vdc（典型值）电压，但在恶劣的工厂环境中，此电压常常会高出25%。虽然这些电压电平可以安全地用于为输出驱动级供电，但afe、led和微控制器需要低得多的电压（通常为2.5v至5v）才能运行。许多io-link收发器提供线性稳压输出(ldo)电压，但使用该电压为这些电路供电会对功耗产生重大影响。例如，考虑以下功耗预算，一个小型传感器从l+直流电源轨仅消耗15ma的电流。ldo的工作方式效率低下，使用m8连接的外壳时，这种相对低功耗的传感器的功耗会超过大约400mw的功耗预算，因此您别无选择，只能使用更大的m12。使用30ma传感器时的情况更糟糕，总功耗会达到1000mw，超过m12连接外壳的目标功耗。
图2 - ldo供电传感器的功耗预算
降低功耗的一种方法是用dc-dc降压转换器代替ldo。例如，使用3v dc-dc降压转换器为30ma传感器供电的话，只需要90mw的功率。假设转换器的效率为90%（也就是说功率损耗为9mw），则传感器的总功耗约为200mw（图3）。 显然，使用dc-dc转换器帮助将功耗降低近80%，但这需要使用额外的外部电路（体积较大的分立元件，如电感、二极管和电容），这些元件甚至可能无法装入传感器外壳中。
图3 - 使用dc-dc转换器与使用ldo的功耗比较
二合一收发器
更好的整体解决方案是集成dc-dc转换器的io-link收发器，例如max22513（图4）。该ic的电流高达300ma,轻松超过io-link的额定最小值200ma，并且输出电压可编程（2.5v至12v）。它还包括一个辅助io-link通道，当数据在c/q通道上传输时，辅助通道可用于di/do传感器切换。此外，该收发器集成了浪涌保护（高达±1kv/500ω）电路，因此无需外部tvs二极管即可提供稳健的性能。
图4 - 集成dc-dc的max22513 io-link收发器
尽管具备这些额外的特性，这款wlp器件的总面积也仅为2.1 × 4.1mm。max22514是max22513的另一版本，采用更小的wlp封装，尺寸仅为2.5 x 2.6 mm，适用于空间更加受限的传感器。方便的是，这两种收发器也可用于io-link器件和io-link主机的设计。
max22513和max22514为智能工厂传感器的空间与功耗难题带来了切实可行的解答方案！
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图3 - 使用dc-dc转换器与使用ldo的功耗比较
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尽管具备这些额外的特性，这款wlp器件的总面积也仅为2.1 × 4.1mm。max22514是max22513的另一版本，采用更小的wlp封装，尺寸仅为2.5 x 2.6 mm，适用于空间更加受限的传感器。方便的是，这两种收发器也可用于io-link器件和io-link主机的设计。
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