如何使用GMSL線路故障檢測進行同軸電纜供電

許多Maxim GMSL SerDes器件內(nèi)置線路故障檢測電路，用于接地短路、電池短路和電纜斷開。使用同軸電纜供電 （PoC） 時，需要不同的配置才能正常運行線路故障操作。本應(yīng)用筆記解釋了線路故障電路、如何使其適應(yīng)PoC，以及防止過壓和過流情況的解決方案。

介紹

在設(shè)備之間使用電纜的任何應(yīng)用中，能夠診斷線路中的故障而無需物理檢查設(shè)備都是很好的。Maxim的許多GMSL器件包括線路故障電路，用于檢測對地短路、電池短路和電纜斷開。本應(yīng)用筆記討論了如何使GMSL線路故障電路適應(yīng)同軸電纜供電（PoC），并提供了防止過壓和過流情況的解決方案。MAX96705和MAX96706 SerDes對就是一個例子。當串行器和解串器都有本地電源時，同軸電纜通過外部電阻R1、R2和R5偏置，如圖1所示。

圖1.無需 PoC 的線路故障檢測。

同軸電纜上的功率正是它聽起來的樣子，通過同軸電纜傳輸功率。它也被稱為幻象電源，即當電源和數(shù)據(jù)共享同一根電纜時。高速串行數(shù)據(jù)，UART/I2C 命令和直流電源都存在于 GMSL PoC 應(yīng)用中的同軸電纜上。

最初，GMSL部件設(shè)計用于檢測沒有PoC的雙絞線系統(tǒng)中的故障。如果同時需要PoC和線路故障檢測，則需要備用電路才能正常工作。同軸電纜偏置在電源設(shè)定的電壓下，對于相機應(yīng)用，通常在5V至12V之間。在這種情況下，必須重新配置線路故障電阻，并且需要PoC濾波器從高速GMSL鏈路注入和提取直流電源。有關(guān)新配置，請參見圖 2。

圖2.PoC 的線路故障檢測。

線路故障內(nèi)部電路

在芯片內(nèi)部，線路故障檢測器具有多電平比較器，用于檢測可能的線路條件：對地短路、電池短路、電纜斷開和正常工作。如圖 3 所示。表1列出了MAX96706線路故障檢測輸入比較器數(shù)據(jù)資料中的電氣規(guī)格。

圖3.內(nèi)部多電平線路故障比較器。

表1中有4個閾值和一個定義的電壓。閾值表示保證線路故障狀態(tài)的電壓范圍（見LMN_引腳）。閾值范圍之外列出的電壓可能是兩個相鄰狀態(tài)之一。例如，如果電壓在V處LMN_= 0.4V，線路故障輸出可以短路至地或正常工作。開路輸入電壓（VIO） 是線路開路且LMN_引腳通過 45.3kΩ 電阻上拉時在LMN_處看到的電壓。在圖1中，45.3kΩ是無PoC的線路故障應(yīng)用的R1值。圖4（a）顯示了線路開路時的等效電路，圖4（b）是線路故障閾值的可視化表示。

圖4.線路故障閾值。

PoC 的線路故障

對于 PoC，同軸電纜通常偏置在高于 V 的電壓下AVDD= 1.8V。PoC 電壓的常見值為 5V 和 12V。因為線路的電壓高于 VAVDD= 1.8V，無法選擇圖1中的線路故障電阻R1、R2和R5，使得LMN_引腳偏置在V以內(nèi)田納西.無論選擇什么電阻值，在正常工作時，LMN_處的電壓最小值為1.8V。因此，必須使用不同的電阻分壓器配置。

5V 碳化芯片

對于5V PoC，選擇圖2中的R1和R2，使R1 = 49.9kΩ和R2 = 10.2kΩ。該電路的簡化圖5所示。當線路正確偏置在5V時，LMN_讀數(shù)為0.85V，即正常閾值V的中點田納西.如果電纜接地短路，LMN_看到大約0V并讀取接地短路。如果電纜短路到汽車電池，則同軸電纜上大約有12V。在這種情況下，LMN_讀數(shù)為2.04V，超出了定義的閾值范圍。線路故障輸出顯示“電纜開路”或“電池短路”。控制器將“開路電纜”解釋為“電池短路”非常重要。由于開放式電纜看起來與正常操作相同，因此在使用 PoC 時無法檢測到它。表2總結(jié)了5V PoC的線路故障電壓和輸出。

圖5.用于 5V PoC 的線路故障電阻分壓器

12V 碳化芯片

5V PoC的電阻分壓器原理圖用于12V PoC，但R1變?yōu)?33kΩ。圖 6 顯示了這一點。選擇133kΩ電阻在正常工作時偏置0.85V LMN_。由于12V大約等于汽車的電池電壓，因此無法檢測到電池短路。從線路故障輸出讀取的對地短路和正常工作。有關(guān)12V PoC的線路故障電壓和輸出摘要，請參見表3。

圖6.用于 12V PoC 的線路故障電阻分壓器。

PoC 系統(tǒng)中的保護

在使用 PoC 的 GMSL 應(yīng)用中，必須注意防止損壞 PoC 濾波器、同軸電纜和電源。如果電纜接地，則會導致電源近乎短路，從而導致過流情況。在 5V PoC 應(yīng)用中，還應(yīng)考慮電池短路，因為過壓情況可能會損壞連接到電源軌的電路。

MAX20087為四通道電源保護器，可檢測和管理PoC應(yīng)用中的過壓、欠壓、過流和過熱情況。該器件獨立地為所有通道提供保護;一個通道上的故障是隔離的，不會影響其他通道的功能。如果故障只是暫時性的，它會自動重新嘗試為受影響的通道供電。MAX20087還通過I提供高級監(jiān)測和診斷2C 接口，可與監(jiān)控控制器配對，在安全關(guān)鍵系統(tǒng)中達到 ASIL-D 等級。有四條保護通道，非常適合 4 攝像頭環(huán)視系統(tǒng)。圖7所示為MAX20087在GMSL系統(tǒng)中的放置位置。

圖7.采用MAX20087進行電源保護的GMSL PoC應(yīng)用。

結(jié)論

在使用 PoC 的 GMSL 應(yīng)用中，需要備用線路故障電路才能正確檢測故障。該電路的設(shè)計取決于PoC電壓電平，通常為5V或12V。當電纜短路到電池或短路到地面時，需要額外的保護電路以防止損壞連接到電源軌的組件。當一起使用時，MAX96705和MAX96706在同一根電纜上提供可靠的高速SerDes和PoC。此外，MAX20087可用于四個PoC GMSL鏈路的過流和過壓保護。

審核編輯：郭婷