睿远研究院丨IO-Link物理层编码解析

上篇讲到IO- Link物理层的一些电气参数，本篇继续补充几个关键点。

这里要特别注意一下CQD，要设置到1nF以下，避免COM3速率的报文被滤波，导致没法支持COM3的速率。

01 IO- Link的编码格式

介绍完电气参数后，我们来看一下IO-Link在物理层的编码格式，它采用的是11bit编码，包括1bit起始位；1bit停止位；8bit数据，1bit校验位，先传输低位，再传输高位比如传输0xF1时，你在逻辑分析仪上看到二进制其实是10111000000，共11bit，第一个bit是开始bit，为低电平，中间8bit 01110000是实际传输的0xF1的二进制的取反，最后两个bit分别为校验位（偶校验）和停止位。

因为IO- Link规定：

逻辑值“1”对应于C/Q线和L-线之间的电压差为0V；

逻辑值“0”对应于C/Q线和L-线之间的电压差为+24V；

所以我们看到的逻辑1其实是低电平信号。那么01110000取反后就是10001111，然后再把顺序调换一下，因为我们正常读写字节都是高位在前，低位在后，因此它的实际数据就是11110001，这就是我们需要发送的0xF1在物理层的实际情况。

如果大家采用STM32进行开发，在UART设置中，一定记得把长度，停止位，校验码设置正确，如下例子：

02 唤醒电流

唤醒的特性，就是触发一个唤醒电流，让从站进行IO- Link通信状态。

唤醒请求（WURQ）以主站（端口）引发的电流脉冲开始，持续一段时间TWU。

唤醒请求包括以下阶段：

🔑主站根据C/Q 连接的电平，注入一个电流 IQWU。对于等效于逻辑“1”的输入信号，这是一个电流源；对于等效于逻辑“0”的输入信号，这是一个电流汇。

🔑延迟一段时间，直到准备好接收。

🔑从站可以通过C/Q 线上的电压变化或在时间TWU内对相应驱动元件的电流进行评估来检测到唤醒请求脉冲。

IQWU

主站唤醒电流脉冲的振幅，最小500mA。

TWU

主设备唤醒电流脉冲的持续时间，在75到85微秒之间。

TREN

接收使能延迟，最大500us。

从这个看，可以简单理解为，唤醒就是在线路上喊了一声“喂，你好吗？”然后开始按照速率的高低发送它要请求的数据，如果从站不回应，主站就一直一直的发送，直到从站回复为止。

03 通信速率

IO-Link规定了3种通信速率：

⭐️COM3（230.4K）

⭐️COM2（38.4K)

⭐️COM1（4.8K）

为啥是这三个速率，具体原因我也没找到。230400的16进制是0x38400、38400的16进制是0x9600，估计按照规律找了3个不同的速率，正好差别6-8倍，来满足当时的工业通信需求。

而如今，通信诉求越来越多，速率的诉求也随之而来，已经有很多用户不再满足于当下的速率，希望能提升IO- Link的通信速率。当然这个不是当下就能一蹴而就的，它涉及到硬件、软件等规范的更新和市场化。

不过我们在实际开发测试中，已经把速率提升到了400K，未来提升到1M也是有可能的。

对于不同的通信速率，报文与报文之间的时间间隔、主站和从站的时间延迟等就需要定义清晰，协议栈里对如下几个时间做了详细规定：

计量单位：TBIT= 1/(transmission rate)

COM1：208.33us

COM2：26.04us

COM3：4.34us

04 物理层接口

最后讲一下物理层的接口，规范定义了2类接口，Class A和Class B。Class B提供了两路电源，特别是当下有大负载的HUB，一般都是通过Class B来进行供电。

主站Pin脚的分配

从站Pin脚的分配

结语

好了，本篇内容就到这里，物理层的部分就基本讲完了，想要深入学习IO-Link的同学，可以拿逻辑分析仪把IO-Link的报文抓来一一解读，这样学习起来会更快。提前做个剧透，下篇我们将开始讲述数据链路层的故事，还请各位看官保持关注。