具有故障安全偏置功能的差分總線設(shè)計

筆者討論了如何在幾種不同的應(yīng)用里把低壓差分信號（LVDS）收發(fā)器用作高速比較器。在本文中，筆者將介紹差分總線的故障安全偏置以及如何在您的下一個設(shè)計里實現(xiàn)故障安全偏置功能。

可在總線上安裝啟用不止一個驅(qū)動器和接收器（被稱為多點）的總線拓撲結(jié)構(gòu)（考慮到它們與點對點總線拓撲結(jié)構(gòu)存在差異）會給系統(tǒng)設(shè)計人員帶來挑戰(zhàn)。（如欲回顧一下總線拓撲架構(gòu)，敬請閱讀筆者以前的一篇博客文章《適合多點應(yīng)用的LVDS》）。在多點應(yīng)用中，總線爭用和總線閑置情況會導(dǎo)致正常運行期間總線上發(fā)生沖突或通信故障。當(dāng)不止一個驅(qū)動器在工作而總線處于不確定狀態(tài)時，會出現(xiàn)總線爭用情況；當(dāng)所有的驅(qū)動器都處于關(guān)閉狀態(tài)或高阻抗（Hi-Z）狀態(tài)時，則會出現(xiàn)總線閑置情況。故障安全偏置網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)能應(yīng)對這兩種情況。

可實現(xiàn)故障安全偏置功能的總線只有兩種邏輯狀態(tài) —— 高電平狀態(tài)和低電平狀態(tài)（該總線可處于這兩種狀態(tài)）；而沒有故障安全偏置功能的總線則會處于未知狀態(tài)。正在工作的驅(qū)動器將通過故障安全偏置網(wǎng)絡(luò)把總線驅(qū)至高電平狀態(tài)和低電平狀態(tài)或?qū)⑵淦玫揭环N已知狀態(tài)。沒有故障安全偏置網(wǎng)絡(luò)，總線將處于一種未知狀態(tài)，其中接收器輸出是無效的；噪聲可通過收發(fā)器進行耦合，從而導(dǎo)致錯誤的轉(zhuǎn)換。圖1展示了一種典型的RS-485總線在具有和沒有故障安全偏置功能時可能的狀態(tài)。

圖1：RS-485總線狀態(tài)

故障安全偏置電阻器值基于最終應(yīng)用中所用收發(fā)器裝置（如SN65LBC180 RS-485收發(fā)器）的接收器最高閾值水平。通常對于RS-485網(wǎng)絡(luò)，接收器輸入閾值水平是±200mV；而對于LVDS網(wǎng)絡(luò)，接收器輸入閾值水平是±50mV。除接收器閾值水平外，端接電阻器RFS1和RFS2的值還應(yīng)相等，因為這可為驅(qū)動器提供對稱負載。RFS1、ZT1和RFS2的等效電阻應(yīng)匹配雙絞線電纜或印刷電路板（PCB）跡線的特性阻抗，旨在保持信號完整性（ZT1 ||（RFS1 + RFS2）。此外，ZT2還應(yīng)匹配該網(wǎng)絡(luò)的特性阻抗，目的也是為保持信號完整性（通過減少該網(wǎng)絡(luò)上的反射）。圖2展示了一種已實現(xiàn)故障安全偏置功能的多點總線拓撲結(jié)構(gòu)。

圖2：具有故障安全偏置功能的差分總線