一種新型的有源故障保護解決方案介紹

差分式數據線(xiàn)路接收器在沒(méi)有輸入信號的情況下，會(huì )受噪聲影響。這種情況發(fā)生在總線(xiàn)驅動(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 )在未被信號驅動(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 )降低輸入信號的幅度并減小差分噪聲容限。

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

　　有源故障保護

　　當有效的輸入信號不存在時(shí)，有源故障保護電路使接收器輸出一個(gè)確定值。沒(méi)有有源故障保護裝置的接收器將會(huì )隨著(zhù)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(xiàn)施加偏置，如圖1所示。這種辦法在沒(méi)有有效信號的情況下保持一個(gè)直流偏置。然而，偏置網(wǎng)絡(luò )的存在會(huì )導致驅動(dòng)器輸出回路電流的不平衡。這會(huì )使輸出信號失真，并且可能減小送到接收器的輸入信號幅度。當這種現象發(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)對輸入信號影響最小的有源故障保護功能。

　　現有的集成式故障保護手段依靠集成在接收器內部的偏置電流源來(lái)實(shí)現。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。這樣可以確保當有效的輸入信號不存在時(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，它們在兩個(gè)輸入引腳上都使用了上拉電阻，以使每一個(gè)節點(diǎn)電壓都偏置到Vcc。通過(guò)對這點(diǎn)的邏輯狀態(tài)的檢測，將輸出驅動(dòng)到一個(gè)確定的狀態(tài)。

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

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

　　有源故障保護操作

　　圖3顯示了LVDS32B的具有有源故障保護功能的一個(gè)接收器通道。它包括一個(gè)可以響應高速輸入差分信號的主接收器。同時(shí)在輸入端上還有兩個(gè)故障保護接收器，它們構成一個(gè)窗口比較器。窗口比較器的響應比主接收器慢得多，它用以檢測輸入差分信號低于80mV時(shí)的情況。窗口比較器的輸出經(jīng)一個(gè)600ns的故障保護定時(shí)器濾波。當FAILSAFE有效時(shí)，故障保護邏輯驅動(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。當輸入信號改變極性且滯后變化超過(guò)50mV時(shí)，主接收器將轉換狀態(tài)。每當主接收器轉換狀態(tài)，故障保護定時(shí)器復位并從0開(kāi)始計時(shí)。

　　窗口比較器持續監測兩個(gè)輸入端，以便檢測輸入信號是否有丟失。如果兩個(gè)輸入信號之差不超過(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定時(shí)器選通。如果定時(shí)器計到最大值，而窗口比較器仍檢測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，當定時(shí)器計滿(mǎn)時(shí)，若輸入差分信號大于100mV，則FAILSAFE無(wú)效，如圖4所示。在這里，開(kāi)始時(shí)信號A比信號B高400mV。當輸入端極性變化，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(xiàn)所示)，同時(shí)故障保護定時(shí)器開(kāi)始計時(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動(dòng)FAILSAFE節點(diǎn)。由于輸入端之間的電壓差是100mV(高于故障保護閾值)，所以FAILSAFE無(wú)效，且輸出節點(diǎn)R仍然為低，并繼續跟蹤輸入信號。