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IO-Link 솔루션 ⑥

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글/맥심인터그레이티드 기술부

맥심 IO-Link 트랜시버를 선택하는 이유

맥심은 2009년에 IO-Link 컨소시엄에 합류했다. 맥심은 업계에서 가장 완벽한 IO-Link와 바이너리 센서 포트폴리오를 포함해 산업 시장과 고객들에게 오랜 기간 동안 헌신하고 기여해왔다. 이러한 제품들에는 MAX14820, MAX14821, MAX14826, MAX14827A, MAX14828 디바이스 트랜시버, MAX14824, MAX14819 마스터 트랜시버가 포함되어 있다. IO-Link 트랜시버는 바이너리 센서 애플리케이션에서도 사용할 수 있다.
맥심은 신속하고 용이한 디자인을 위한 완벽한 에코시스템을 구축했다. 맥심의 모든 트랜시버를 위한 평가 키트는 트랜시버 설정과 읽기/쓰기를 위한 소프트웨어를 포함하고 있으며, IO-Link 레퍼런스 디자인에는 센서와 마스터가 포함되어 있다. 맥심의 디자이너와 프로덕트 디파이너(product definer), 애플리케이션 엔지니어의 전문 팀들은 고객을 지원하기 위한 만반의 준비를 갖추고 있다.
맥심의 솔루션은 더욱 소형화되고 있으며, 맥심의 IO-Link 트랜시버(그림 30)는 작은 사이즈의 TQFN과 WLP 패키지로 현재 이용 가능하다. 최신 트랜시버인 MAX14827A는 WLP 패키지로 제공되며 솔루션이 차지하는 공간을 최대 60%까지 줄여준다. 트랜시버가 더욱 견고해짐에 따라 외부 보호의 필요성이 줄어든다. 절대적인 최대 등급을 통해 외부 보호 다이오드와 같은 외부 보호 소자가 작아질 수 있다. 맥심의 트랜시버는 외부 회로에 전원을 공급할 수 있는 3.3V와 LDO가 있어 외부 LDO에 대한 필요성이 줄어들며 전반적으로 솔루션을 소형화할 수 있다.

[그림 30] IO-Link 트랜시버 솔루션 비교

제품 선택 가이드

맥심은 오랫동안 저전력 소비 소형 솔루션 견고한 통신에 초점을 맞춘 IO-Link 마스터와 디바이스에 맞게 여러 세대의 IO-Link 트랜시버를 개발하였다. IO-Link 디바이스와 마스터 레퍼런스 디자인과 평가 키트의 완벽한 에코시스템을 통해 맥심은 IO-Link 기술에 대한 신속한 평가를 제공하는 데 주력하고 있다.

[표 5] IO-Link 트랜시버

100mA 소형 바이너리 센서 드라이버:MAX14838/MAX14839

MAX14838/MAX14839 24V/100mA 드라이버는 산업용 센서에 최적화되어 있다. 이러한 디바이스들은 컨피규어러블 PNP/NPN/push-pull 드라이버를 포함한 산업용 센서에서 흔히 사용되는 고전압(24V) 회로와 공통의 센서 전력 요구 사항에 부합하는 통합된 선형 레귤레이터를 결합시켰다.
• 핀 선택 가능한 상단(PNP), 하단(NPN) 또는 푸시-풀 드라이버
• 5V 선형 레귤레이터(MAX14838)/3.3V 선형 레귤레이터(MAX14839)(그림 31)
• 이중으로 통합된 2mA LED 드라이버
• 견고한 센서 솔루션 제공
- DO, VCC GND에서 역극성 보호
- 4.75V~34V의 전원 공급 범위(MAX14839)
- VCC 핫 플러그(Hot-Plug) 보호
- Thermal Shutdown 보호
- ±8kV IEC 61000-4-2 에어 갭(Air Gap) ESD 보호
- -40℃ ~+105℃의 온도 범위

[그림 31] MAX14838/MAX14839 바이너리 센서 드라이버

듀얼 채널 250mA IO-Link 트랜시버: Max14827A

MAX14827A는 드라이버와 레귤레이터를 포함해 산업용 센서에서 흔히 사용되는 고전압 동작이 된다. MAX14827A는 액티브 역전압 보호 기능의 초저전력 드라이버이다(그림 32). 정격 24V 전원 공급으로 최대 60V까지 동작하며 과도 전압 보호 기능으로 인해 초소형 TVS 다이오드를 사용할 수 있다.

[그림 32] MAX14827A 듀얼 채널 IO-Link 트랜시버

이 디바이스는 유연한 컨트롤 인터페이스를 제공한다. 핀 컨트롤 로직 입력을 통해 마이크로컨트롤러를 사용하지 않는 스위칭 센서에 작동이 가능하다. 마이크로컨트롤러를 사용하는 센서의 경우 광범위한 진단 기능의 SPI 인터페이스를 이용할 수 있다. IO-Link 구동은 3와이어 UART 인터페이스가 제공되어 마이크로컨트롤러 UART와 인터페이스가 가능하다. 마지막으로 멀티플렉스 UART/SPI 구동을 통해 공유된 SPI와 UART 인터페이스를 위해 하나의 시리얼 마이크로컨트롤러 인터페이스를 사용할 수 있다.
잡음이 적은 아날로그/로직 전원 공급 레일을 위한 3.3V 및 5V 선형 레귤레이터를 포함하고 있다. MAX-14827A는 (4mm x 4mm) 24핀 TQFN 패키지와 (2.5mm x 2.5mm) 25핀 WLP(wafer-level package)로 이용 가능하며 -40℃~+125℃ 온도 범위에서 작동된다.
• 최저 전력과 초소형 IO-Link 트랜시버 패키지
- WLP(2.5mm x 2.5mm)
- TQFN(4mm x 4mm)
• Low 2.3Ω(typ) RON으로 전력 소비 절감
• 견고한 보호 소형 외부 보호 및 역극성/단락 보호를 위한 65V 최대치

듀얼 채널 IO-Link 마스터 트랜시버: MAX14819

MAX14819 저전력 듀얼 채널 IO-Link 마스터 트랜시버(그림 33)는 센서/액츄에이터 전원 공급 컨트롤러를 내장하고, 최신 IO-Link와 바이너리 입력 표준 및 테스트 규격, IEC 61131-2, IEC 61131-9 SDCI, IO-Link 1.1.2에 완벽히 부합한다. 또한 이 마스터 트랜시버는 보조 Type 1/Type 3디지털 입력(DI) 채널 2개를 포함하고 있다.
MAX14819는 외장형 UART나 IC의 내장된 프레이머(integrated framer)를 사용해 구동하도록 설정될 수 있다. 마이크로컨트롤러를 쉽게 선택할 수 있도록 UART와 FIFO를 처리할 수 있다. 이러한 기능들은 모든 IO-Link M-시퀀스 프레임 유형을 시간에 따라 간단하게 통제할 수 있도록 설계되었다. 또한 MAX14819는 자율적인 사이클 타이머 기능이 있기 때문에 정확한 컨트롤러 타이밍에 대한 필요성도 줄여준다. 통합된 커뮤니케이션 시퀀스로 웨이크업 관리도 단순하다.
MAX14819는 두 개의 저전력 센서 공급 컨트롤러를 진보된 전류 제한과 L+에서의 역전류 차단, 역극성 보호 기능과 통합해 저전력의 견고한 솔루션을 구현했다.
MAX14819는 48핀(7mm x 7mm) TQFN 패키지로 이용 가능하며 -40℃~+125℃ 온도 범위로 확장되었다.
• 저전력 아키텍처
- 드라이버 저항 1Ω (typ)
- 2채널당 총 공급 전류 1.9mA(typ)
• 통합된 보호를 통해 견고한 시스템 구축

[그림 33] MAX14819 듀얼 IO-Link 마스터 트랜시버

IO-Link 디바이스 평가

MAX14827 EV kit은 MAX14827A IO-Link 디바이스를 테스트하기 위한 평가 보드이다. MAX14827 EV 킷(그림 34)은 소프트웨어의 손쉬운 평가 작업을 위해 보드 자체 동작 또는 mbedⓇ 기판과 작동하도록 설계되었다. EV 키트는 입증된 PCB 레이아웃으로 사용자에게 IO-Link와 호환되는 디바이스 트랜시버를 제공한다. EV 키트는 GUI가 제공되어 제품 평가와 테스트를 위해 손쉽게 사용할 수 있다.

[그림 34] MAX14827 평가 키트

IO-Link 마스터 평가

MAX14819 평가 키트(EV Kit)는 평가 기판과 소프트웨어로 구성되어 있다. EV 키트(그림 35)는 완벽히 조립되고 테스트된 MAX14819 IO-Link 듀얼 채널 마스터 트랜시버 평가 회로 기판이다. MAX14819 EV 키트는 디바이스의 기능을 시험하기 위한 GUI를 제공하는 WindowsⓇ 7 호환 소프트웨어가 포함되어 있다. EV Kir은 USB A-to-마이크로 B케이블을 통해 PC와 연결된다.

[그림 35] MAX14819 평가 키트

산업용 IO-Link 레퍼런스 디자인

IO-Link 레퍼런스 디자인(표 6)으로 설계 속도를 높일 수 있다. 각 레퍼런스 디자인은 하나의 부품과 서브시스템에서부터 전체 시스템에 이르는 디자인 실행을 통해 검증된 회로의 고성능 제품을 포함하고 있다.

[표 6] IO-Link 레퍼런스 디자인

IO-Link FAQs

Ⓠ 버스트 이벤트(burst event) 발생 시 보호를 위해 추천하는 소자는 무엇입니까?
Ⓐ 일반적으로 고객들에게 C/Q 라인에 2개 커패시터(하나는 GND에, 다른 하나는 VCC에)와 버스트 테스트(IEC61000-4-4) 용도로 패드를 배치할 것을 권고합니다. 이러한 커패시터들은 가능한 한 IC에 가까이 위치해야 합니다. 기판에 따라 이러한 커패시터들은 버스트 테스트에 필요하지 않을 수도 있기 때문에 먼저 커패시터 없이 테스트한 다음에 필요할 경우 추가할 것을 권장합니다.
클램프(clamp) 전압이 트랜시버에 대한 절대 최대 등급보다 낮은 TVS 다이오드의 경우 서지 이벤트 발생 시 보호를 위해 필요합니다. TVS 다이오드를 가능한 한 IC에 가까이 배치해야 합니다.
Ⓠ 일부 IO-Link 디자인은 절연된(isolated) 그라운드 플레인을 갖고 있는 것처럼 보입니다. 이 절연은 어떤 용도입니까?
Ⓐ IO-Link 규격에는 격리에 대한 요구 사항이 없지만 모든 IO-Link 시스템은 시그널 체인의 일부 지점이 절연되어 있습니다. 격리는 로컬 24V 필드 공급에서 발생하는 과도 현상(transient event)으로부터 컨트롤러/백플레인을 보호하기 위해 필요합니다. 이 절연은 보통 비용이 가장 적게 드는 곳, 예를 들어 백플레인과 컨트롤러 사이 또는 컨트롤러와 IO-Link 트랜시버 사이에 위치합니다.
Ⓠ SIO는 무엇이고 IO-Link와 어떤 관계가 있습니까?
Ⓐ IO-Link 규격에서 모든 IO-Link 마스터 포트는 SIO (standard input/output) 모드나 IO-Link(SDCI)통신 모드에서 구동하도록 설정될 수 있습니다. SIO 모드에서, 포트는 디지털 입력이나 디지털 출력으로 가동되도록 설정될 수 있습니다. 더 상세한 정보는 IEC 61121-2를 참조하십시오.
Ⓠ 일부 IO-Link 마스터 트랜시버는 DI 입력을 갖고 있으며, 일부는 없습니다. DI가 무엇입니까?
Ⓐ DI는 디지털 입력(digital input)입니다. 디지털 입력은 산업용 시스템에서 가장 흔하게 사용되고 있는 입력입니다. DI는 바이너리 센서에 연결하는 데 사용됩니다.
Ⓠ IO-Link가 세 가지 다양한 데이터 속도를 지원하는 이유는 무엇입니까?
Ⓐ 많은 산업용 시스템들은 여러 해 동안 존재해 왔습니다. 통신 시스템의 데이터 속도가 비약적으로 증가해왔지만 원래의 센서들 중 상당수(원래 시스템에서 여전히 작동하고 있는 경우가 많음)가 느린 소프트웨어/통신 기능으로 설계되었습니다. IO-Link 규격은 기 설치된 산업용 시스템의 센서들이 대부분 업그레이드 및 개선되는 것을 감안해 전체 분해 점검 작업 없이도 가능하도록 세 가지 데이터 속도를 지원하고 있습니다.

leekh@seminet.co.kr
(끝)
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