SN65LVD32B的有源故障保護(hù)電路特性

差分式數(shù)據(jù)線路接收器在沒有輸入信號(hào)的情況下，會(huì)受噪聲影響。這種情況發(fā)生在總線驅(qū)動(dòng)器被關(guān)閉或連接電纜損壞和斷開的時(shí)候。通常，這個(gè)問題用外部電阻網(wǎng)絡(luò)在未被信號(hào)驅(qū)動(dòng)的輸入引腳上施加固定值偏壓來解決。除了外部元件的成本之外，這種辦法會(huì)降低輸入信號(hào)的幅度并減小差分噪聲容限。

故障保護(hù)功能將在總線懸空或斷開的條件下驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)接收器的輸出到一個(gè)確定的狀態(tài)。然而，許多現(xiàn)有的差分式接收器的故障保護(hù)功能被限制在開路條件下或某種工作條件下。LVDS32B的有源故障保護(hù)功能則不受現(xiàn)有解決方案中所見到的限制條件的限制。本文描述了一些現(xiàn)有的故障保護(hù)解決方案，目前的故障保護(hù)解決方案之間的差別以及使用有源故障保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)。

有源故障保護(hù)

當(dāng)有效的輸入信號(hào)不存在時(shí)，有源故障保護(hù)電路使接收器輸出一個(gè)確定值。沒有有源故障保護(hù)裝置的接收器將會(huì)隨著輸入差分噪聲而振蕩。正如前面所提到的，解決這個(gè)問題的一種技術(shù)是給外部總線施加偏置，如圖1所示。這種辦法在沒有有效信號(hào)的情況下保持一個(gè)直流偏置。然而，偏置網(wǎng)絡(luò)的存在會(huì)導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)器輸出回路電流的不平衡。這會(huì)使輸出信號(hào)失真，并且可能減小送到接收器的輸入信號(hào)幅度。當(dāng)這種現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，輸出受輸入噪聲影響的可能性就增加了。因此，人們希望提供一種正常工作時(shí)對(duì)輸入信號(hào)影響最小的有源故障保護(hù)功能。

現(xiàn)有的集成式故障保護(hù)手段依靠集成在接收器內(nèi)部的偏置電流源來實(shí)現(xiàn)。如圖2所示，偏置電流源提供了一個(gè)流過終端電阻的電流。這樣可以確保當(dāng)有效的輸入信號(hào)不存在時(shí)，終端電阻上能夠保持一個(gè)直流電壓。圖2中的接收器使用了一個(gè)上拉和一個(gè)下拉電流源來保持終端電阻上的直流偏置。其它集成式解決方案，比如LVDS32的非B版本，它們?cè)趦蓚€(gè)輸入引腳上都使用了上拉電阻，以使每一個(gè)節(jié)點(diǎn)電壓都偏置到Vcc。通過對(duì)這點(diǎn)的邏輯狀態(tài)的檢測(cè)，將輸出驅(qū)動(dòng)到一個(gè)確定的狀態(tài)。

目前的集成式故障保護(hù)解決方案所使用的小偏置電流不會(huì)顯著地影響輸入信號(hào)的大小。不過，現(xiàn)有的解決方案的一個(gè)缺點(diǎn)是：故障保護(hù)偏置電流不能伴隨外部施加的共模電壓產(chǎn)生相應(yīng)的差分電壓。提高偏置電流可改善這一點(diǎn)，但會(huì)導(dǎo)致在正常工作期間有額外的總線負(fù)載。另外，分別上拉兩個(gè)差分信號(hào)所產(chǎn)生的偏置增加了接收器轉(zhuǎn)換所需的輸入信號(hào)的幅度。這個(gè)偏置還對(duì)脈沖延時(shí)（pulse skew）有影響，也就是接收器從低電平到高電平轉(zhuǎn)換所需時(shí)間和從高到低轉(zhuǎn)換所需時(shí)間之間會(huì)有差異。

LVDS32B所采用的有源故障保護(hù)不是依靠偏置電路，而是依靠監(jiān)測(cè)接收器輸入引腳上的差分電壓的窗口比較器電路。當(dāng)輸入差分電壓小于80mV時(shí)，窗口比較器就能檢測(cè)到，并驅(qū)動(dòng)輸出達(dá)到一個(gè)邏輯高態(tài)。由于這種新型有源故障保護(hù)不需要外部電阻偏置網(wǎng)絡(luò)或用來產(chǎn)生偏置的內(nèi)部偏置電流源，因此，它既不影響接收器的輸入閾值也不會(huì)對(duì)總線負(fù)載造成明顯影響。窗口比較器工作在接收器的整個(gè)共模輸入范圍內(nèi)。因此，有源故障保護(hù)即使有外部施加的共模電壓也能工作。

有源故障保護(hù)操作

圖3顯示了LVDS32B的具有有源故障保護(hù)功能的一個(gè)接收器通道。它包括一個(gè)可以響應(yīng)高速輸入差分信號(hào)的主接收器。同時(shí)在輸入端上還有兩個(gè)故障保護(hù)接收器，它們構(gòu)成一個(gè)窗口比較器。窗口比較器的響應(yīng)比主接收器慢得多，它用以檢測(cè)輸入差分信號(hào)低于80mV時(shí)的情況。窗口比較器的輸出經(jīng)一個(gè)600ns的故障保護(hù)定時(shí)器濾波。當(dāng)FAILSAFE有效時(shí)，故障保護(hù)邏輯驅(qū)動(dòng)器將主接收器的輸出置為邏輯高電平。

在正常操作下，主接收器跟蹤輸入信號(hào)。當(dāng)輸入信號(hào)改變極性且滯后變化超過50mV時(shí)，主接收器將轉(zhuǎn)換狀態(tài)。每當(dāng)主接收器轉(zhuǎn)換狀態(tài)，故障保護(hù)定時(shí)器復(fù)位并從0開始計(jì)時(shí)。

窗口比較器持續(xù)監(jiān)測(cè)兩個(gè)輸入端，以便檢測(cè)輸入信號(hào)是否有丟失。如果兩個(gè)輸入信號(hào)之差不超過80mV，窗口比較器的輸出被置為高電平。然后窗口比較器的輸出由故障保護(hù)定時(shí)器選通。如果定時(shí)器計(jì)到最大值，而窗口比較器仍檢測(cè)到低差分輸入電壓時(shí)，那么接收器的輸出就將被置為邏輯高態(tài)。

在正常情況下，當(dāng)定時(shí)器計(jì)滿時(shí)，若輸入差分信號(hào)大于100mV，則FAILSAFE無效，如圖4所示。在這里，開始時(shí)信號(hào)A比信號(hào)B高400mV。當(dāng)輸入端極性變化，而且B比A高100mV時(shí)，接收器的輸出被置為低電平(如圖4中上面的曲線所示），同時(shí)故障保護(hù)定時(shí)器開始計(jì)時(shí)。大約600ns之后，定時(shí)器的輸出被置為高并使得窗口比較器驅(qū)動(dòng)FAILSAFE節(jié)點(diǎn)。由于輸入端之間的電壓差是100mV（高于故障保護(hù)閾值），所以FAILSAFE無效，且輸出節(jié)點(diǎn)R仍然為低，并繼續(xù)跟蹤輸入信號(hào)。

如果故障保護(hù)定時(shí)器計(jì)滿，而且輸入差分電壓小于80mV，則FAILSAFE有效，同時(shí)接收器的輸出節(jié)點(diǎn)R被置為邏輯高。這種情況在圖5中有說明。開始時(shí)信號(hào)A比信號(hào)B高400mV。當(dāng)輸入端極性變化，而且B比A高約50mV時(shí)，接收器的輸出被置為低，同時(shí)故障保護(hù)定時(shí)器復(fù)位，重新開始計(jì)時(shí)。當(dāng)定時(shí)器計(jì)滿，由于信號(hào)B僅比信號(hào)A高50mV，所以FAILSAFE有效。圖5表明，雖然B高于A，但是接收器輸出節(jié)點(diǎn)R在極性變化后的600ns被置高(通常情況下應(yīng)輸出低）。圖5說明了當(dāng)有效輸入信號(hào)丟失后，有源故障保護(hù)系統(tǒng)是如何工作的。

當(dāng)故障保護(hù)功能起作用后，只要輸入電壓差小于80mV，那么窗口比較器和邏輯門仍然將輸出置為高。如果輸入端差分信號(hào)恢復(fù)，則窗口比較器的輸出將被置為低，同時(shí)故障保護(hù)信號(hào)被置為高，然后接收器重新跟蹤輸入信號(hào)。圖6說明了這一過程。開始時(shí)，信號(hào)B比信號(hào)A高50mV且FAILSAFE有效（故障保護(hù)信號(hào)驅(qū)動(dòng)輸出為高）。然后輸入信號(hào)差值增大，使B比A高400mV，這時(shí)FAILSAFE變?yōu)闊o效，同時(shí)接收器開始跟蹤輸入信號(hào)，并驅(qū)動(dòng)輸出節(jié)點(diǎn)R為低。

如果輸入信號(hào)恢復(fù)時(shí)主接收器狀態(tài)沒有轉(zhuǎn)換，那么故障保護(hù)定時(shí)器就不復(fù)位。因此，如果隨后的輸入信號(hào)幅度減小，但不改變極性，那么故障保護(hù)系統(tǒng)將立即恢復(fù)對(duì)接收器輸出的控制。如果輸入有效信號(hào)導(dǎo)致了主接收器狀態(tài)轉(zhuǎn)換，那么故障保護(hù)定時(shí)器被復(fù)位，直到定時(shí)器達(dá)到最大值，才會(huì)檢測(cè)輸入信號(hào)是否有丟失。

注意，有源故障保護(hù)系統(tǒng)依賴于主接收器的滯后作用(50 mV），以便保持FAILSAFE有效。如果外部噪聲大到使主接收器狀態(tài)轉(zhuǎn)換，那么故障保護(hù)定時(shí)器將被復(fù)位，且故障保護(hù)功能失效。直到輸入噪聲在整個(gè)故障保護(hù)定時(shí)周期內(nèi)小于接收器的滯后，F(xiàn)AILSAFE才重新有效。

有源故障保護(hù)系統(tǒng)適用條件　

在輸入引腳短路(如電纜損壞）、開路(如沒有使用接收器），或者當(dāng)線路驅(qū)動(dòng)器被禁用或移去后，輸入引腳通過一個(gè)終端電阻連接在一起時(shí)，有源故障保護(hù)器件可確保輸出置為故障保護(hù)狀態(tài)。

下面是故障保護(hù)功能適用的情況：

輸入引腳開路——在一點(diǎn)到多點(diǎn)或多點(diǎn)到多點(diǎn)結(jié)構(gòu)中，未使用的節(jié)點(diǎn)可與總線分離。對(duì)于那些只使用了部分通道的多通道接收器，未使用的通道也可能開路。如果接收器的輸入懸空，那么兩個(gè)引腳在內(nèi)部被拉至相同的電位。有源故障保護(hù)器件檢測(cè)到這個(gè)情況并且使接收器的輸出節(jié)點(diǎn)R置為邏輯高。

空閑總線——如果接收器連接到驅(qū)動(dòng)器呈高阻狀態(tài)(關(guān)閉)的空閑總線上，那么接收器的輸入引腳將通過終端電阻被拉到幾乎相同的電壓。通常這個(gè)電壓會(huì)接近接收器的差分閾值電壓，任何外部噪聲都可能使接收器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。有源故障保護(hù)功能可以檢測(cè)到微弱的差分輸入，并輸出一個(gè)確定的狀態(tài)。

輸入引腳短路——線路故障（如電纜損壞）可能導(dǎo)致輸入短路。有源故障保護(hù)功能檢測(cè)到輸入短路并且使輸出變?yōu)楦唠娖健?BR>
有源故障保護(hù)功能作用于整個(gè)接收器共模輸入范圍，在此范圍內(nèi)，總線偏壓、地失調(diào)電壓和共模噪聲的存在是不容忽視的問題。

圖7說明了接收器的兩個(gè)輸入端一起短路的情況。由于FAILSAFE有效，輸出為高。兩個(gè)引腳最初保持在地電位，然后共模電壓尖峰耦合到兩個(gè)輸入上，但輸出仍為邏輯高，這證明了有源故障保護(hù)功能作用于整個(gè)共模輸入范圍。

結(jié)論

本文討論了一種新型的有源故障保護(hù)解決方案，它克服了以往其它方案中的局限。有源故障保護(hù)系統(tǒng)的總線負(fù)載非常小，因此不會(huì)象外部偏置網(wǎng)絡(luò)那樣降低驅(qū)動(dòng)器輸出信號(hào)的質(zhì)量。有源故障保護(hù)系統(tǒng)不要求信號(hào)通道有內(nèi)部偏置，因此不會(huì)增加接收器轉(zhuǎn)換所需的差分輸入，而一些集成式有源故障保護(hù)解決方案則會(huì)增加所需的差分輸入。有源故障保護(hù)功能作用于整個(gè)接收器共模輸入范圍，并保證在存在共模噪聲、直流偏置電壓或系統(tǒng)地失調(diào)電壓的情況下，輸出一個(gè)確定的狀態(tài)。