一種新型的有源故障保護(hù)解決方案介紹

差分式數(shù)據(jù)線路接收器在沒(méi)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(kāi)的時(shí)候。通常，這個(gè)問(wèn)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(lái)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(kāi)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(kāi)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(jiàn)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(méi)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(wèn)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(méi)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(lái)實(shí)現(xiàn)。如圖2所示，偏置電流源提供了一個(gè)流過(guò)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(lái)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(guò)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(guò)，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(lái)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(guò)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(kāi)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(guò)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(wú)效，如圖4所示。在這里，開(kāi)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(kāi)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(wú)效，且輸出節(jié)點(diǎn)R仍然為低，并繼續(xù)跟蹤輸入信號(hào)。