图1. 传统工业传感器监测系统原理图，其中电阻分压器和光耦用于监测和检测传感器输出至系统PLC的信号。
这种方法对于低通道数的隔离系统当然没有问题，传统上也一直如此。但是，随着工控系统复杂度的增加，这种架构的问题愈来愈明显，你首先要担心电阻分压器消耗的功率是不是太大，形成电路板（PCB）“热点”，如果是这样，该设计必须支持高温工作以及增加散热器；此外，还要考虑热点对系统可靠性的负面影响。另一个会让人焦虑的是，传统架构的高通道数量的模块一定要多光耦设计，这势必增加系统成本和功耗，并因此增加模块的体积，浪费宝贵的电路板空间。假如你只能使用这样的PLC数字输入单元进行设计，那就得一直承受这些问题的困扰。
新隔离子系统架构和特性
好消息是，Corona隔离子系统的出现彻底改变了这种情况。想象一下，有一种紧凑而简单的高集成隔离数字输入接口，能够增加通道输入，扩展系统容量，但接口仍旧保持简单。这个接口不仅让数字信号串行化，而且能省去隔离用光耦，并通过可配置的限流来降低功耗，同时还改善了检错功能，使同一简单接口上的数据传输非常可靠，显而易见，这样的隔离单元一定是低发热、低功耗、小体积和低成本的，堪称完美，而这正是Corona的设计目标。
Corona是Maxim Integrated Products, Inc.最新推出的面向PLC数字输入子系统的参考设计，该设计整合了Maxim的8通道工业数字输入信号电平转换器/串行器MAX31911（具有业内最低的功耗指标，电流损耗比竞争方案低80%）、6通道数字隔离器MAX14850（具有低功耗特性，在高温环境下性能稳定；通过UL1577、CSA、IEC 60747-5-2安全认证；替代LED寿命有限的光耦器件，运行时间可延长5倍）和用于隔离电源设计（如果现场无电源）的36V H桥变压器驱动器MAX13256（简化隔离电源设计）三款器件，大大减少了隔离通道数量，省去了耗电量较大的光耦和分立元件；Corona的数字输入串行器针对16路、24路和32路输入设计进行优化，SPI总线支持菊链架构，进一步减少了隔离通道数，因此节省了更多设计资源；由于不使用光耦，该设计可实现业内最低的功耗指标——耗电量较传统设计降低16%！与传统设计相比，Corona设计中的器件总数减少了38个，其成本优势明显，并且因此其占板面积要较传统设计减少51%（90mm x 20mm小尺寸封装）。值得留意的是，Corona参考设计中采用的Maxim器件工作温度范围可达-40℃至+125℃，专为恶劣的工业应用环境设计，是PLC及其它自动化应用的理想选择。
系统硬件和软件
现在，让我们看看Corona输入模块是如何工作的。Corona输入模块如图2所示，系统框图见图3。
如图所示，在该设计中，工业数字输入串行器（U1）将传感器和开关的24V数字输出进行电平转换、信号调理以及串行化， 转变为满足微控制器要求的CMOS兼容信号。该器件提供PLC数字输入模块的前端接口电路，与传统的分立电阻分压方案相比，输入限流可有效减小对现场电源的消耗。图4所示为两种方法中单路输入通道的电流-电压关系。可选择的片上低通滤波器灵活地对传感器输出进行去抖和滤波。片上8至1串行化省去了隔离所需的光耦。每8位数据通过SPI端口发送一次多位CRC校验，确保高噪声工业环境下的可靠通信。为实现更大灵活性，片上集成的5V电压稳压器可为外部光耦、数字隔离器或其它外部5V电路供电。
图2. Corona参考设计电路板(MAXREFDES12#)。
图3. 数字输入子系统参考设计框图。图中，U1为MAX31911八通道电平转换器/串行器，U3为MAX14850 6通道数据隔离器。
图4. 传统设计方案与Corona (MAX31911)设计方案中单路输入通道的电流-电压关系比较。
U3 （MAX14850）以Pmod兼容的尺寸规格实现了6通道数据隔离。Pmod规范允许3.3V和5V模块，以及各种引脚分配。在Pmod侧，供电电压可为3.3V或5V；U1侧的电压为5V。支持的数据隔离为600VRMS。
大多数情况下，U1 （MAX31911）由24V现场电源供电；如果无现场电源可供使用，U1可由控制器侧供电。后一种情况中，Corona电路板上的H桥变压器驱动器（U2，MAX13256）和变压器为MAX31911提供使用级的隔离电源。
Corona设计经过Nexys 3和ZedBoard平台验证，目前提供这两种平台的项目文件、器件驱动器以及示例代码。由于板载Pmod兼容连接器非常简单，所以Corona设计很容易用于任何微控制器或FPGA开发电路板。
现在，如果我们正在为工控系统设计传感接口单元，不必再担心功耗、成本和体积之间如何平衡的问题，Corona会让这一切变得简单许多，而在此之前，只要通过china.maximintegrated.com/AN5611去下载完整的源代码和文件即可。
