LVDS32B的有源故障保護解決方案

　　差分式數據線路接收器在沒有輸入信號的情況下，會受噪聲影響。這種情況發生在總線驅動器被關閉或連接電纜損壞和斷開的時候。通常，這個問題用外部電阻網絡在未被信號驅動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懸空或斷開的條件下驅動數據接收器的輸出到一個確定的狀態。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點。

　　有源故障保護

　　當有效的輸入信號不存在時，有源故障保護電路使接收器輸出一個確定值。沒有有源故障保護裝置的接收器將會隨著輸入差分噪聲而振蕩。正如前面所提到的，解決這個問題的一種技術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的情況下保持一個直流偏置。然而，偏置網絡的存在會導致驅動器輸出回路電流的不平衡。這會使輸出信號失真，并且可能減小送到接收器的輸入信號幅度。當這種現象發生時，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實現。如圖2所示，偏置電流源提供了一個流過終端電阻的電流。這樣可以確保當有效的輸入信號不存在時，終端電阻上能夠保持一個直流電壓。圖2中的接收器使用了一個上拉和一個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，它們在兩個輸入引腳上都使用了上拉電阻，以使每一個節點電壓都偏置到Vcc。通過對這點的邏輯狀態的檢測，將輸出驅動到一個確定的狀態。

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

　　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，窗口比較器就能檢測到，并驅動輸出達到一個邏輯高態。由于這種新型有源故障保護不需要外部電阻偏置網絡或用來產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對總線負載造成明顯影響。窗口比較器工作在接收器的整個共模輸入范圍內。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接收器通道。它包括一個可以響應高速輸入差分信號的主接收器。同時在輸入端上還有兩個故障保護接收器，它們構成一個窗口比較器。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時的情況。窗口比較器的輸出經一個600ns的故障保護定時器濾波。當FAILSAFE有效時，故障保護邏輯驅動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50mV時，主接收器將轉換狀態。每當主接收器轉換狀態，故障保護定時器復位并從0開始計時。

　　窗口比較器持續監測兩個輸入端，以便檢測輸入信號是否有丟失。如果兩個輸入信號之差不超過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定時器選通。如果定時器計到最大值，而窗口比較器仍檢測到低差分輸入電壓時，那么接收器的輸出就將被置為邏輯高態。

　　在正常情況下，當定時器計滿時，若輸入差分信號大于100mV，則FAILSAFE無效，如圖4所示。在這里，開始時信號A比信號B高400mV。當輸入端極性變化，而且B比A高100mV時，接收器的輸出被置為低電平(如圖4中上面的曲線所示)，同時故障保護定時器開始計時。大約600ns之后，定時器的輸出被置為高并使得窗口比較器驅動FAILSAFE節點。由于輸入端之間的電壓差是100mV(高于故障保護閾值)，所以FAILSAFE無效，且輸出節點R仍然為低，并繼續跟蹤輸入信號。

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