前言

物理層是 IO-Link 通信的 “硬件底座”，它直接決定了系統的可靠性、抗干擾能力和部署靈活性。打個比方，就像蓋房子，物理層就是地基和骨架，地基不穩、骨架不牢，房子肯定住著不踏實。本期我們就來重點分析一下IO-Link的物理層，讓你看懂 IO-Link 的電纜、連接器和信號傳輸背后的 “硬核規則”。

物理層概覽

IO-Link的三線連接系統是基于IEC 60947-5-2 標準。三根導線的用途如下。

·L+：用于 24V 電源供電

·L-：用于地線（GND）

·C/Q：用于開關信號（Q）或 SDCI 通信（C）

其實目前我們見到最多的是4線或者5線的接口，如之前我們解讀的規范，除了通用的3線分別作為電源和通信，另外1-2根線可以擴展為電源或者信號，增加產品的靈活度。

IO-Link系統本質上是一個點到點的通信系統，拓撲圖如上圖所示，有點類似于交換機的星形連接，但和交換機的本質不同的時，一般來講，兩個Device之間并不直接交互數據，只有Device和Master之間交互數據。

即使可以做到兩個Device之間交互數據，也是Master把數據終結后，進行相關運算，再與另外一個Device交互；因為Device并沒有地址的概念，因此它沒有尋址操作，它只能無腦的把數據傳給Master而已！

三類模式狀態

物理層規定了3種模式狀態：

①非活動模式（Inactive）

②“開關信號”模式（Switching Signal，DI/DO，即SIO模式）

③“編碼開關”模式（Coded Switching，COMx，即 SDCI 通信模式）

三種模式的切換由協議棧的物理層的PL_SetMode來執行

?如果端口處于非活動模式，則 C/Q 線應處于高阻狀態（即懸空）。

?在 SIO模式下（標準輸入輸出模式），端口可以作為普通輸入或輸出接口使用，遵循IEC 61131-2的定義規定。此時 SDCI 的通信層被繞，信號直接由主站應用層處理。

?在SDCI模式下，主站通過PL_WakeUp.req 生成一個特殊的信號模式（電流脈沖），連接在該端口上的支持 SDCI 的從站設備可以檢測到這個信號，從而進入SDCI模式。

以上三種模式是針對主站來講的，而從站是沒有Inactive狀態的，默認情況下，從站在上電后，就工作在SIO模式，等待主站的喚醒信號，對于主站，其就是一個標準的SIO設備；從站在進入SDCI后，可以接收主站的fallback命令，從而返回到SIO模式。

關于信號傳輸

IO-Link本質是把MCU的3.3V的串口信號通過升壓到24V，在一根線上傳輸的方式，其根據電壓的大小來表示0或者1；通過一系列的0或者1，構成一個報文，再通過一系列的報文構成一組信息，從而傳遞傳感器的數值。

下圖是在邏輯分析儀抓到的報文：

邏輯分析儀可以根據你設定的0或者1的高低電平邏輯自動解析好了數據，這是進行IO-Link產品開發最方便的工具，它可以清晰的解讀每個Bit的高低電平，以及按照什么協議解析出具體的數值，方便進行問題定位。

如果邏輯分析儀未能正確解讀出數據，或者懷疑電壓的問題，可以用示波器來具體查看電壓幅值是否滿足協議規范，一般采用市場上知名品牌(如ST的PHY 6362、瑞薩的4503、TI的111/112等）一般不會出現電壓的問題。

通過示波器無法直接查看具體的報文數值，但能清晰的查看出電壓從0升高的24V所需要的時間，以及電源的紋波是否符合標準，上圖可以看到瞬間電壓可以到29.2 V左右。

邏輯1和0的高低電平規定

結合上表，我們知道邏輯1（H）就是高于10.5V~13V，那低于10.5V就一定是邏輯0嗎？不一定。我們看一下邏輯0（L)的定義，它是低于8~11.5V這個電平，為啥有個區間，就是看硬件的具體實現來確定。

另外我們發現，其實在H和L之間還有一片空白區域，甚至VTHH最小值小于VTHL的最大值，這樣的設計是防止電平的抖動，即有遲滯的概念在里面。當電壓在8~10.5V時，具體的邏輯H還是邏輯L，要看其之前的邏輯是什么，也就是它是一個不確定區域。

硬件參數對比

那么當我們拿到每家的PHY芯片，可以對他們的電氣參數進行比較，如ST 的L6362：

它的遲滯是2V左右，它低于8.5V肯定0，高于12.5V肯定1，典型值為11.75以上為H，9.75V以下為L，之間為遲滯區域。

我們再看一下瑞薩的CCE4503，也是標準的2V遲滯。

結語

本期先介紹到這里，通過這篇文章，相信各位童鞋對于IO-Link的物理層概覽已經有了基礎的認知。那么，下一期我們將繼續深入，看看IO-Link物理層究竟做了哪些規范要求。