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(guò)與外部設(shè)備的連接電路，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)DI/ O信號(hào)的接入/接出及相應(yīng)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(shí)，6514亦提供32通道帶光 耦達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)Sourcing型DO, 6515亦提供32通道帶光耦 達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)Sinking型DO。雖然DO通道上電缺省為0,但 可根據(jù)邏輯表達(dá)需求，軟件設(shè)置為0或1。

1數(shù)字信號(hào)線的連接

圖1所示是一種光隔離數(shù)字輸入信號(hào)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(lái)使用。連接電路將外部設(shè)備成對(duì)數(shù)字信號(hào)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(dòng)。表1 所列是DI接口驅(qū)動(dòng)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(hào) 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(fù)載, 板卡內(nèi)接口驅(qū)動(dòng)電路僅允許電流通過(guò)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(hào)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(fù)載，板卡內(nèi)接 口驅(qū)動(dòng)電路僅允許電流經(jīng)外部負(fù)載、信號(hào)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(dòng)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(hào)輸入/輸出接口 /連接電路時(shí)會(huì)經(jīng) 常使用這些術(shù)語(yǔ)。

2原理解析

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

Sourcing Current (拉電流)：即芯片內(nèi)部電流通過(guò)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(dāng)芯片引腳呈現(xiàn)高電平時(shí)，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(gè)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(gè)到電 源負(fù)端的路徑。因此，從PLC的板卡DI端子開(kāi)始，經(jīng)板卡內(nèi) 部輸入感測(cè)電路，最后經(jīng)其Common端退出，然后連接到外 部電源負(fù)極的公共端子上。然后在電源正極和DI端子間接入 一個(gè)開(kāi)關(guān)用來(lái)表示數(shù)字信號(hào)邏輯，連接電路完成。電流順著 箭頭的方向流動(dòng)時(shí)，開(kāi)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(huì)發(fā)現(xiàn)：

外部電源、連接電路、板卡內(nèi)部電路等都是針對(duì)直流電 路而言，而不是交流，因?yàn)樯婕暗秸龢O、負(fù)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(biāo)準(zhǔn)24 V DC邏輯電平。

無(wú)論Sinking型和Sourcing型DI/O板卡都需要一個(gè) Common公共端即COM端，充當(dāng)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(fù)端，而Sourcing型DI/O的公共COM端必須接到電源正 端。通俗地說(shuō),Sinking型DI/O是共信號(hào)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(hào)電流。這意味著它可能連接外部電 源和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備到I/O點(diǎn)上，而電流流向錯(cuò)誤時(shí)，信號(hào)將無(wú)法傳 遞。不要在直流Sinking型和Sourcing型DI/O點(diǎn)上使用交流 電源。

針對(duì)不同板卡上Sinking型和Sourcing型DO接口電路, 無(wú)論其對(duì)外驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)弱，均可近似地看做成一個(gè)開(kāi)關(guān)通斷 型三極管，Sinking型看做成NPN, Sourcing型看做成PNP。 3應(yīng)用實(shí)例

一個(gè)最簡(jiǎn)單的電路，只有一個(gè)DO端連接一個(gè)DI端。 這樣一個(gè)電路需要一對(duì)電源(VCC)、地(GND)和一個(gè)負(fù)載 才能工作。那么Sourcing數(shù)字IO便為這個(gè)電路提供電源, Sinking數(shù)字IO為此電路提供信號(hào)地，DI為此電路提供負(fù)載。

圖 6 所示是一"個(gè) Sinking 型 DO 連接一^個(gè) Sourcing 型 DI 的應(yīng)用實(shí)例。Sourcing型DI提供了電源和負(fù)載，Sinking型 DO提供了信號(hào)地。Sinking型DO通過(guò)三極管來(lái)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(gè)Sourcing型DO連接了一個(gè)Sinking型 DL那么，Sourcing型DO提供電源，Sinking型DI提供信 號(hào)地和負(fù)載。Sourcing型DO通過(guò)三極管來(lái)控制連接線上的 電平為高電平(+VCC)或是低電平(0 V)。

因?yàn)樵谝粋€(gè)完整的電路中必須有一對(duì)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(gè) Sinking型 DI 接入一個(gè) DO 為 PNP（Sourcing）型的外部設(shè)備。

針對(duì) 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(shí)質(zhì)是允許電流在兩個(gè)方向流動(dòng)的。如圖9 所示，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備 PLC 的 NPN(Sinking)/PNP(Sourcing) 組合型 DO 與外部設(shè)備 DI的連接電路實(shí)例，Common 端連接到電源一個(gè)極，DO 點(diǎn)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備連接到電源的另一個(gè)極。這極大地提高了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備（PLC）連接電源及匹配不同外部設(shè)備的靈活性。

4 結(jié) 語(yǔ)

文章對(duì) Sinking Curren（t 灌電流）型和 Sourcing Curren（t 拉電流）型數(shù)字信號(hào)輸入 / 輸出接口應(yīng)用予以簡(jiǎn)要介紹，在實(shí)際工作中，雖然每一控制系統(tǒng)的 DI/O 應(yīng)用平臺(tái)千差萬(wàn)別、而且面對(duì)的外部設(shè)備 ( 負(fù)載 )DI/O 接口也是形形色色 ，當(dāng)我們?yōu)榭刂葡到y(tǒng)及外部設(shè)備選擇數(shù)字信號(hào)輸入 / 輸出模塊接口類型及設(shè)計(jì)與負(fù)載連接電路時(shí)，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(yīng)用過(guò)程中連接電路合理、可靠，邏輯表達(dá)清楚、正確。

20211120_6197cc5079d6d__Sinking型和Sourcing型數(shù)字信號(hào)I