MAXREFDES42

简介

电阻温度检测器(RTD)是电阻器，当温度升高时电阻会增大。RTD在宽温度范围内具有高精度、稳定性和可重复性，使其非常适合众多工业应用中的温度检测。RTD由多种材料制成，通常由铂制成，以免发生腐蚀和氧化。PT100是常用的一款RTD器件，其电阻在0°C时约为100Ω，因此称之为PT100。

IO-Link是首个与现场总线无关的开放式、低成本、点对点串行通信协议，用于与传感器和执行器通信，已成为一项国际标准(IEC 61131-9)。¹ IO-Link最终使全球各地的工业设备都能够按照国际标准实现互操作。IO-Link可以直接通过PLC运行，也可以通过网关从所有标准现场总线转换为IO-Link，从而使其迅速成为与MAXREFDES42#等智能传感器进行通用通信的实际标准。

Maxim Integrated与IQ² Development携手合作，将MAXREFDES42#构建为符合IO-Link版本1.1要求的IO-Link RTD温度传感器参考设计。MAXREFDES42#设计包括符合行业标准的Maxim Integrated IO-Link器件收发器(MAX14821)、高效高压降压型转换器(MAX15062B)、采用IQ² Development的IO-Link器件协议栈的Renesas^®超低功耗16位微控制器(RL78)，以及高度集成的RTD数字转换器(MAX31865)。图1为系统功能框图。

硬件详细说明

MAXREFDES42 IO-Link RTD温度传感器由4个主要模块组成：IO-Link收发器、降压转换器、RTD数字转换器和微控制器，如图1所示。

MAX14821 IO-Link器件收发器符合IO-Link 1.1/1.0版物理层标准，具有可配置输出（推挽、pnp或npn）、极性反接/短路保护和丰富的故障监控功能，采用超小型2.5mm x 2.5mm WLP封装。

MAX15062B是一款高压同步降压转换器，可以将24V高效转换为5V，采用超小型2mm x 2mm、8引脚TDFN封装。PWM操作在所有工作负载下均保持恒定频率。MAX15062提供多种版本。MAXREFDES42#温度传感器使用MAX15062B，预设为5V输出。

MAX31865是一款针对铂RTD进行优化的RTD数字转换器。外部400Ω 0.1%参考电阻(R13)的温度系数为0.2ppm/°C（典型值），用于设置PT100 RTD的灵敏度。如果首选PT1000 RTD，则使用外部4kΩ精密电阻。参考电阻值也作为IO-Link参数存储在传感器中，并且需要与所用的相应参考电阻相匹配。高度集成的RTD数字转换器采用20引脚TQFN封装。

超低功耗RL78/G1A微控制器的功耗低至66μA/MHz，用于提供系统控制。它具有64KB片内可编程闪存、4KB片内数据闪存，工作电压低至1.8V，采用超小型3mm x 3mm LGA封装。

为提供保护功能，MAXREFDES42#在IO-Link接口处配有瞬态电压抑制器(TVS)二极管。瞬态电压抑制器(TVS)二极管并不完全相同。SDC36 TVS二极管的钳位电压低于55V，符合IEC 61000-4-2(ESD)和IEC 61000-4-4(EFT)标准。市场上有许多较小的TVS二极管无法满足这些规格要求。

通过板载M12插口连接器，使用标准M12延长线即可将Omega PR-26E-3-100-A-M6-0150-M12-2或PR-26A-3-100-A-M6-0150 -M12-2等现成的RTD连接到电路板，如图2a所示。该参考设计出厂时未校准，并配有2线PT100 RTD，其位于灰色端子板TB1中。切记：如果通过延长线将外部RTD连接到M12插口连接器，则必须拆下灰色端子板TB1内的2线RTD。该板还包含一个M12插头连接器，可使用标准M12电缆轻松连接到兼容的IO-Link主机。25°C条件下，MAXREFDES42#通常消耗11mA电流。

软件说明

MAXREFDES42使用IQ² Development的iqTool软件版本1.1.0.4进行验证，购买iqInterface IO-Link主机硬件时附带该软件。IQ² Development的最新源代码和文档可通过以下链接获取。

http://iq2-development.com/downloads
http://iq2-development.com/iqmaxrefdes42

有关IQ² Development的IO-Link器件协议栈的更多信息，请访问：

www.iq2-development.com

若要快速开始，转至下面的“快速入门”部分，获取有关如何查找合适的快速入门指南的分步说明。图3为IQ² Development IO-Link iqTool软件的屏幕截图。

固件详细说明

MAXREFDES42出厂时已预编程为有效的IO-Link温度传感器，可随时连接到IO-Link主机。固件针对瑞萨电子RL78微控制器设计，并遵循图4所示的简单流程图。该固件使用IAR Systems的IAR嵌入式工作台以C语言编写，并利用IQ² Development的IO-Link设备堆栈。

热插拔后，MAXREFDES42等待来自IO-Link主站的唤醒信号。收到唤醒信号后，MAXREFDES42同步到IO-Link主站的230.4kbps波特率(COM3)。交换通信参数。然后，MAXREFDES42通过将传感器过程数据发送到IO-Link主站，每3ms启动一次循环数据交换。如果将传感器移除，IO-Link主机会检测到传感器丢失。

用例详细说明

购买MAXREFDES42之前应考虑两种不同的用例。使用案例 #1仅包括MAXREFDES42以及用户提供的IO-Link主站和IO-Link电缆，如图Figure 5所示。系统已预先编程为在此配置下运行。用例#2需要使用整个固件开发系统，如图6所示。

快速入门（用例#1）

设备要求：

从Maxim购买：

• MAXREFDES42#板

用户自备：

• • 带USB端口的Windows^® PC
• IQ² Development iqInterface IO-Link主机
• IQ² Development的iqTool（使用版本1.1.0.4进行测试，随IO-Link主机一起提供）
• M12 4针IO-Link电缆(BCC05MC)

注：在购买软件之前，请与IQ² Development确认您的Windows版本是否受支持。

下载并仔细阅读MAXREFDES42#快速入门指南，按照说明执行每个步骤。

实验室测量

使用的设备：

• 带USB端口的Windows 7 PC
• MAXREFDES42#板
• IQ² Development iqInterface IO-Link主机
• IQ² Development的iqTool（使用版本1.1.0.4进行测试，随IO-Link主机一起提供）
• M12 4针IO-Link电缆
• RD42_RL78_V01_00.ZIP；其中XX_XX = 下载页面的最新版本
• Fluke 7341温度校准槽
• Omega HH41温度计
• ETI Therma 1温度计
• Fluke 189万用表

实验室测量使用图7所示的设置和设备进行。

图8显示了分别采用Omega HH41温度计和ETI Therma 1温度计时测量误差与温度的关系。将MAXREFDES42#连接的RTD探头置于Fluke 7341中，并在25°C下进行校准。单击下面的链接，查看用作参考的Omega HH41温度计的NIST可溯源校准证书。

Omega HH41温度计的NIST可溯源校准证书

图9显示MAXREFDES42#温度传感器的24V电源电流与温度的关系，展示了稳定的低功耗特性。

红色数据使用Omega HH41温度计作为参考。绿色数据使用ETI Therma 1温度计作为参考。

参考资料

1. IO-Link公司社区2013年IO-Link系统说明。第3页，前言。

IO-Link是ifm electronic GmbH的注册商标。
iqInterface、iqStack、iqTool是IQ² Development GmbH的注册商标。
Renesas是Renesas Electronics Corp.的注册商标和注册服务标志。br> Windows是Microsoft Corp.的注册商标和注册服务标志。