引言

在控制系統(tǒng)中，一般不可避免地要用到數(shù)字輸入/輸出 模塊（板卡），通過與外部設備的連接電路，實現(xiàn)控制系統(tǒng)DI/ O信號的接入/接出及相應控制邏輯。如在某控制系統(tǒng)中，選 用了 NI PXI-6514/6515DI/O板卡，可提供32通道帶光耦 Sourcing/Sinking混合型DI,同時，6514亦提供32通道帶光 耦達林頓驅(qū)動Sourcing型DO, 6515亦提供32通道帶光耦 達林頓驅(qū)動Sinking型DO。雖然DO通道上電缺省為0,但 可根據(jù)邏輯表達需求，軟件設置為0或1。

1數(shù)字信號線的連接

圖1所示是一種光隔離數(shù)字輸入信號線的連接圖，可 以看出，DI通道既可以作為Sinking型使用，也可以作為 Sourcing型來使用。連接電路將外部設備成對數(shù)字信號線引 入到板卡接線端子，板卡內(nèi)接口電路允許電流雙向流動。表1 所列是DI接口驅(qū)動電路的參數(shù)表。

圖2所示是光隔離Sourcing Current型數(shù)字輸出信號 線的連接電路，該電路中，PXI-6514上DO通道只能作為 Sourcing型使用。連接電路將板卡DO接線端子接到外部負載, 板卡內(nèi)接口驅(qū)動電路僅允許電流通過板卡DO接線端子單向 流出。

圖3所示是光隔離Sinking Current型數(shù)字輸出信號線連 接電路，該電路中，PXI-6515上DO通道只能作為Sinking型 使用。連接電路將板卡DO接線端子接到外部負載，板卡內(nèi)接 口驅(qū)動電路僅允許電流經(jīng)外部負載、信號線、板卡接線端子單 向流入。表2所列是NI PXI-6514/6515 DO接口的驅(qū)動電路圖。

正確理解 Sinking Current 和 Sourcing Current 的概念是 非常重要的。討論數(shù)字信號輸入/輸出接口 /連接電路時會經(jīng) 常使用這些術(shù)語。

2原理解析

Sinking Current (灌電流)：即外部電路電流通過芯片引 腳向芯片內(nèi)灌入。如圖4(a)所示，當芯片引腳呈現(xiàn)0 V電平時, LED燈即亮。

Sourcing Current (拉電流)：即芯片內(nèi)部電流通過引腳從 芯片內(nèi)流出至外部電路。圖4所示是灌電流與拉電流原理圖, 在圖4(b)中，當芯片引腳呈現(xiàn)高電平時，LED燈即亮。

圖5給出了 4種可能的DI/O、Sinking型和Sourcing型 組合連接電路原理。其中如圖5(a)描述了一個Sinking型DI。 要正確地連接外部電源，連接電路必須使DI端提供一個到電 源負端的路徑。因此，從PLC的板卡DI端子開始，經(jīng)板卡內(nèi) 部輸入感測電路，最后經(jīng)其Common端退出，然后連接到外 部電源負極的公共端子上。然后在電源正極和DI端子間接入 一個開關(guān)用來表示數(shù)字信號邏輯，連接電路完成。電流順著 箭頭的方向流動時，開關(guān)閉合。圖5中的其余連接電路解析, 這里不再贅述。

比較圖5所示的4種連接電路，會發(fā)現(xiàn)：

外部電源、連接電路、板卡內(nèi)部電路等都是針對直流電 路而言，而不是交流，因為涉及到正極、負極極性。比如上述 NI PXI-6514/6515DI/O 板卡，DI/O 支持最大 30 V DC，一般 常選用工業(yè)標準24 V DC邏輯電平。

無論Sinking型和Sourcing型DI/O板卡都需要一個 Common公共端即COM端，充當所有DI/O接線端公共回路 的終端。最終，Sinking型DI/O的公共COM端必須接到電 源負端，而Sourcing型DI/O的公共COM端必須接到電源正 端。通俗地說,Sinking型DI/O是共信號地型(共GND)連接， Sourcing型DI/O是共電源型(共VCC)連接。

Sinking型和Sourcing型DI/O只適用于直流輸入和輸出 電路，只能使用單向信號電流。這意味著它可能連接外部電 源和現(xiàn)場設備到I/O點上，而電流流向錯誤時，信號將無法傳 遞。不要在直流Sinking型和Sourcing型DI/O點上使用交流 電源。

針對不同板卡上Sinking型和Sourcing型DO接口電路, 無論其對外驅(qū)動能力強弱，均可近似地看做成一個開關(guān)通斷 型三極管，Sinking型看做成NPN, Sourcing型看做成PNP。 3應用實例

一個最簡單的電路，只有一個DO端連接一個DI端。 這樣一個電路需要一對電源(VCC)、地(GND)和一個負載 才能工作。那么Sourcing數(shù)字IO便為這個電路提供電源, Sinking數(shù)字IO為此電路提供信號地，DI為此電路提供負載。

圖 6 所示是一"個 Sinking 型 DO 連接一^個 Sourcing 型 DI 的應用實例。Sourcing型DI提供了電源和負載，Sinking型 DO提供了信號地。Sinking型DO通過三極管來控制連接線 上的電平為高電平(+VCC)或是低電平(0 V)。

圖7所示是一個Sourcing型DO連接了一個Sinking型 DL那么，Sourcing型DO提供電源，Sinking型DI提供信 號地和負載。Sourcing型DO通過三極管來控制連接線上的 電平為高電平(+VCC)或是低電平(0 V)。

因為在一個完整的電路中必須有一對直流電源和地。所以，或者是將 Sourcing 型 DO 接到 Sinking 型 DI，或者是將Sinking 型 DO 接到 Sourcing 型 DI。如果硬要將同型的 DO和 DI 接到一起，就額外需要外接上拉或下拉電阻，否則就不能正常工作，比較麻煩，較少采用。圖 8 所示為一個 Sinking型 DI 接入一個 DO 為 PNP（Sourcing）型的外部設備。

針對 Sinking /Sourcing 組合型 DI/O 接口電路，其綜合了Sinking 型和 Sourcing 型的能力，意味著該 DI/O 既可以作為 Sinking 型使用，也可以作為 Sourcing 型使用，其接口電路實質(zhì)是允許電流在兩個方向流動的。如圖9 所示，現(xiàn)場設備 PLC 的 NPN(Sinking)/PNP(Sourcing) 組合型 DO 與外部設備 DI的連接電路實例，Common 端連接到電源一個極，DO 點通過現(xiàn)場設備連接到電源的另一個極。這極大地提高了現(xiàn)場設備（PLC）連接電源及匹配不同外部設備的靈活性。

4 結(jié) 語

文章對 Sinking Curren（t 灌電流）型和 Sourcing Curren（t 拉電流）型數(shù)字信號輸入 / 輸出接口應用予以簡要介紹，在實際工作中，雖然每一控制系統(tǒng)的 DI/O 應用平臺千差萬別、而且面對的外部設備 ( 負載 )DI/O 接口也是形形色色 ，當我們?yōu)榭刂葡到y(tǒng)及外部設備選擇數(shù)字信號輸入 / 輸出模塊接口類型及設計與負載連接電路時，除了考慮電壓、電流、功率等匹配外，更要注意灌電流型和拉電流型 DI/O 的區(qū)別，使得應用過程中連接電路合理、可靠，邏輯表達清楚、正確。

20211120_6197cc5079d6d__Sinking型和Sourcing型數(shù)字信號I