MAXREFDES42

Resistance temperature detectors (RTDs) are resistors that increase resistance when temperature increases. Accuracy, stability, and repeatability over a wide temperature range make RTDs excellent in a multitude of industrial applications. RTDs are made of many materials and often they are made of platinum to avoid corrosion and oxidation. The PT100 is one of the most popular RTDs where the resistance is approximately 100Ω at 0°C, hence the name PT100.

IO-Link is the first open, field bus agnostic, low-cost, point-to-point serial communication protocol, used for communicating with sensors and actuators, that has been adopted as an international standard (IEC 61131-9).¹ IO-Link finally standardizes interoperability of industrial equipment from all over the world. IO-Link can directly function from the PLC or can be converted from all standard field busses to IO-Link through a gateway, quickly making it the defacto standard for universally communicating with smart sensors like the MAXREFDES42.

Maxim Integrated and IQ² Development collaborated in designing the MAXREFDES42# as an IO-Link version 1.1-compliant IO-Link RTD temperature sensor reference design. The MAXREFDES42 design consists of an industry-standard Maxim Integrated IO-Link device transceiver (MAX14821), an efficient high-voltage step-down converter (MAX15062B), a Renesas^® ultra-low-power 16-bit microcontroller (RL78) utilizing IQ² Development’s IO-Link device stack, and a highly integrated RTD-to-digital converter (MAX31865). Figure 1 shows the system block diagram.

ハードウェアの詳細

MAXREFDES42# IO-Link RTD温度センサーは、図1に示すように、IO-Linkトランシーバ、ステップダウンコンバータ、RTD-デジタルコンバータ、およびマイクロコントローラの4つのメインブロックで構成されます。

IO-LinkデバイストランシーバのMAX14821は、IO-Linkバージョン1.1/1.0物理層に準拠し、設定可能な出力(プッシュプル、pnp、またはnpn)、逆極性/短絡保護、広範な障害監視のすべてを、小型WLPパッケージ(2.5mm x 2.5mm)に内蔵しています。

MAX15062Bは、効率的に24Vを5Vに変換する高電圧、同期整流ステップダウンコンバータで、小型8ピンTDFNパッケージ(2mm x 2mm)で提供されます。PWM動作は全動作負荷で一定の周波数を維持します。MAX15062には多数のバージョンがあります。MAXREFDES42#温度センサーでは、5V出力にプリセットされたMAX15062Bを使用しています。

MAX31865は、白金RTD用に最適化されたRTD-デジタルコンバータです。温度係数が0.2ppm/℃ (typ)の400Ω 0.1%の外付けリファレンス抵抗(R13)によって、PT100 RTD用に感度を設定します。PT1000 RTDを使用する場合は、代わりに4kΩの高精度外付け抵抗を使用してください。リファレンス抵抗の値はIO-Linkパラメータとしてセンサー内にも保存され、実際に使用される対応するリファレンス抵抗と一致する必要があります。この高集積RTD-デジタルコンバータは、20ピンTQFNパッケージで提供されます。

消費電流が最小66µA/MHzの超低電力マイクロコントローラのRL78/G1Aが、システム制御を提供します。このマイクロコントローラは、64KBの内蔵プログラマブルフラッシュメモリと4KBの内蔵データフラッシュを備え、最小1.8Vで動作し、小型LGAパッケージ(3mm x 3mm)に実装されています。

保護のため、MAXREFDES42#はIO-Linkインタフェースに過渡電圧サプレッサ(TVS)ダイオードを備えています。過渡電圧サプレッサ(TVS)ダイオードは、すべてが同等ではありません。TVSダイオードのSDC36は、クランプ電圧が55V以下で、IEC 61000-4-2 (ESD)とIEC 61000-4-4 (EFT)の両方に適合します。より小型のTVSダイオードの多くは、これらの全仕様を満たすことができません。

ボード上にM12メスコネクタが実装されているため、図2aに示すように標準M12延長ケーブルを使用して既製品のRTD (Omega PR-26E-3-100-A-M6-0150-M12-2やPR-26A-3-100-A-M6-0150-M12-2など)をボードに接続することができます。このリファレンスデザインは未較正で出荷され、グレーの端子ブロックTB1内に2線式PT100 RTDが実装されています。重要：延長ケーブル経由で外付けRTDをM12メスコネクタに接続する場合は、グレーの端子ブロックTB1内の2線式RTDを取り外す必要があります。このボードはM12オスコネクタも含んでいるため、規格に準拠したIO-Linkマスターに標準M12ケーブルを使用して容易に接続することができます。MAXREFDES42#の消費電流は11mA (typ、25℃時)です。

ソフトウェアの詳細

MAXREFDES42#は、IQ2 DevelopmentのiqToolソフトウェアのバージョン1.1.0.4を使用して検証されています。このソフトウェアは、iqInterface IO-Linkマスターハードウェアを購入すると付属します。IQ2 Developmentの最新のソースコードおよびドキュメントは、下記のリンクから入手可能です.

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

IQ2 DevelopmentのIO-Linkデバイススタックの詳細については、下記の同社サイトでお問い合わせください。

www.iq2-development.com

迅速に作業を開始するため、後半の｢クイックスタート｣の項に記載されたステップバイステップの指示に従って、適切なクイックスタートガイドを見つけてください。図3は、IQ2 DevelopmentのIO-Link iqToolソフトウェアのスクリーンショットを示します。.

ファームウェアの詳細

MAXREFDES42#は、そのままIO-Linkマスターに接続することができるIO-Link温度センサーとして動作するように事前プログラムされて出荷されます。ファームウェアはRenesas RL78マイクロコントローラをターゲットとしており、図4に示す簡素なフローチャートに従って動作します。このファームウェアはIAR SystemsのIAR embedded workbenchを使用してC言語で書かれており、IQ2 DevelopmentのIO-Linkデバイススタックを利用しています。.

MAXREFDES42#は、そのままIO-Linkマスターに接続することができるIO-Link温度センサーとして動作するように事前プログラムされて出荷されます。ファームウェアはRenesas RL78マイクロコントローラをターゲットとしており、図4に示す簡素なフローチャートに従って動作します。このファームウェアはIAR SystemsのIAR embedded workbenchを使用してC言語で書かれており、IQ2 DevelopmentのIO-Linkデバイススタックを利用しています。

使用例の詳細

MAXREFDES42#を購入する前に、2種類の使用例を検討してください。使用例1は、図5に示すように、単にMAXREFDES42#とユーザーが用意するIO-LinkマスターおよびIO-Linkケーブルのみが含まれる場合です。システムはこの構成で動作するように事前プログラムされています。使用例2は、図6で示すように、ファームウェア開発システム全体が必要になる場合です。

クイックスタート(使用例1)

必要な機器：

• マキシムから購入するもの: MAXREFDES42ボード 

• ユーザーが用意するもの：

• USBポートを備えたWindows® PC
• IQ² Development iqInterface IO-Linkマスター
• IQ² DevelopmentのiqTool (バージョン1.1.0.4でテスト済み、IO-Linkマスターに付属)
• M12 4ピンIO-Linkケーブル(BCC05MC)

注： IQ² Developmentのソフトウェアを購入する前に、ご使用中のWindowsのバージョンがサポート対象であることを同社にご確認ください。

MAXREFDES42 クイックスタートガイドをダウンロードして読み、記載されている各ステップに注意深く従ってください。

図8は、それぞれOmega HH41温度計とETI Therma 1温度計を基準とする、誤差と温度の関係を示します。MAXREFDES42に接続されたRTDプローブをFluke 7341の中に設置し、25℃で較正しました。下記のリンクをクリックすると、基準として使用したOmega HH41温度計のNISTトレーサブル較正証明書が表示されます。

Omega HH41温度計のNISTトレーサブル較正証明書

図9は、MAXREFDES42#温度センサーの24V消費電流と温度の関係を示し、安定した、低消費電流を示しています。

赤色のデータは、Omega HH41温度計を基準として使用した場合です。緑色のデータは、ETI Therma 1温度計を基準として使用した場合です。

参考文献

1. IO-Link System Description 2013｣、IO-Link Company Community。P.3、序文。

IO-Linkはifm electronic GmbHの登録商標です。

iqInterface、iqStack、iqToolはIQ2 Development GmbHの登録商標です。

RenesasはRenesas Electronics Corp.の登録商標および登録サービスマークです。

WindowsはMicrosoft Corp.の登録商標および登録サービスマークです。