485信号损耗检测

Analog Applications Journal BRIEF INTERFACE 介紹 在許多工業、電信、汽車及數據處理系統中，故障隔离与安全關 斷協議起到非常關鍵的作用。儘管嵌入式測試例程在系統离線時 能夠提供故障隔离，但實時故障檢測需要對信號進行持續監視。 這些系統通常使用RS-485在傳感器、傳動器、單板計算机及通信 處理器之間共享數据。 RS-485信號是使用兩條信號線傳輸數据的差動信號，需要使用差 動窗口比較器檢測有效信號電平。由于RS-485信號具有較寬的共 模范圍，設計這種電路功能非常复雜，而且在多數情況下只能使 用正電源軌。 本文將介紹如何利用兩個具備無源自動防護(passive-failsafe)功 能的SN65HVD3088E RS-485收發器和一個 AND柵极构建差動 窗形比較器。文中還將介紹工作原理、基本電路圖、測試結果及 其它設計考慮事項。 工作原理 差動輸入閾值是非反向与反向RS-485信號之間的電壓差，當總線 電壓高于此值時則為高電壓，低于此值則為低電壓。標准接收机 的差動輸入電壓介于–200 mV到200 mV之間，SN65HVD3088E 的差動輸入電壓則介于–200 mV到–10 mV之間。這將使高電平 接收机的輸出處于零電壓狀態(無輸入信號)，即無源自動防護。 *如欲獲得有關該功能的更多信息，敬請參閱參考文獻1。 RS-485 信號損耗檢測 最新一期精采內容 • 運行多個過采樣數据轉換器 • 儀放大器使您明察秋毫 • 集成功率 FET 的鋰离子交換充電器 • 同 ADS5424 14 位 105MSPS 轉換器(用于過采樣應用) ?連接的低功耗、高截取接口 • TLC5940 的單點校正功能用于補償 LED 的亮度差异 • 如欲下載該期刊，敬請訪問：www.ti.com/aaj 圖 1. 具有信號損耗指示器的RS-485收發器 AAJ RS485 (SC-206*273) cover SN74AHCT1G08 or Equivalent A B Received Data Transmit Data DE F –10 mV < VAB < 10 mV V > – 10 mVAB VAB < 10 mV SN65HVD3088E 120 O Ω ptional Primary RS-485 Transceiver Added Circuit RE SN65HVD3088E 作者：Kevin Gingerich • 高性能線性/接口部 介紹 在許多工業、電信、汽車及數據處理系統中，故障隔离与安全關斷協議起到非 常關鍵的作用。儘管嵌入式測試例程在系統离線時能夠提供故障隔离，但實時 故障檢測需要對信號進行持續監視。 這些系統通常使用 RS-485 在傳感器、傳 動器、單板計算机及通信處理器之間共享數据。 RS-485 信號是使用兩條信號線傳輸數据的差動信號，需要使用差動窗口比較器 檢測有效信號電平。 由于 RS-485 信號具有較寬的共模范圍，設計這種電路功 能非常复雜，而且在多數情況下只能使用正電源軌。 本文將介紹如何利用兩個具備無源自動防護 (passive-failsafe) 功能的 SN65HVD3088E RS-485 收發器和一個 AND 柵极构建差動窗形比較器。文中 還將介紹工作原理、基本電路圖、測試結果及其它設計考慮事項。 工作原理 差動輸入閾值是非反向与反向 RS-485 信號之間的電壓差，當總線電壓高于此 值時則為高電壓，低于此值則為低電壓。標准接收机的差動輸入電壓介于 ?00 mV 到 200 mV 之間, SN65HVD3088E 的差動輸入電壓則介于 ?00 mV 到 ? 0 mV 之間。這將使高電平接收机的輸出處于零電壓狀態（無輸入信號），即無 源自動防護。這种情況下無法區分有效高電平輸入与無信號。 這种情況下無法區分有效高電平輸入与無信號。 其中一個SN65HVD3088E能夠确定差動輸入電壓是否低于 –200 mV或高于–10 mV。倒轉另一個SN65HVD3088E的輸入 极性則可确定差動輸入電壓是否低于10 mV或高于200 mV。這 是創建差動窗形比較器的基本原理(如圖 1 所示)。 如果差動輸入電壓VAB高于–10 mV，則位于上方的接收机的輸 出(如圖 1 所示)為真(高電平)。由于下方接收机的輸入被倒轉， 因此，如果–VAB > –10 mV或將不等式兩端的負號消去得到 VAB < 10 mV，則輸出為真(高電平)。如果兩個接收机的輸出 均為真，則差動總線電壓介于–10 mV与10 mV之間，且不是有 效輸入。AND柵极F輸出根据兩個接收机輸出的輸入信號指示 該故障。 測試結果 圖 2 及圖 3 顯示了F及VAB從低電平到無信號及從高電平到無 信號的轉變過程，以及所需的故障指示。 其它設計考慮事項 雖然本文以采用SN65HVD3088E的電路為例，但實際上任何具 有無源自動保護功能的RS-485接收机都可選用(TI提供30多种 同類產品可供選擇)。類似方法可以應用于單向(單工)連接。兩 個收發器的并行連接將使單位負載降低一半，同時也使總線的 雜散電容增大了一倍, 這將使得總線上的器件數量与間隔受到限 制(請查閱參考文獻 2 及 3)。 如果系統時序預算允許，對F進行濾波可以防止因差動噪聲或輸 入信號變化過慢引起的錯誤故障指示。通過增加門控電路或選 擇很慢的AND柵极可以實現濾波功能。 結論 通過向一個無源自動防護接收机添加另一個無源自動防護 RS-485接收机与AND柵极，可以建立差動窗形比較器。然后， 該電路就能通過RS-485數据總線提供信號損耗指示，以進行系 統故障隔离或安全關斷協議。 參考文獻： 1. RS-485數据總線的自動防護(slyt080) 2. RS-485單位負載及總線連接的最大數量(slyt086) 3. RS-485總線的器件間隔安排(slyt241) © 2007 Texas Instruments. 1721K0 AAJ RS485 (SC-206*273) back VAB F In p u t, V (0 .5 V /d iv )/ O u tp u t, F (1 V /d iv ) A B Time (100 ns/div) VAB F In p u t, V (0 .5 V /d iv )/ O u tp u t, F (1 V /d iv ) A B Time (200 ns/div) 圖 2：有效低電平信號損耗 圖 3：有效高電平信號損耗 重重要要声声明明 德州仪器 (TI) 及其下属子公司有权在不事先通知的情况下，随时对所提供的产品和服务进行更正、修改、增强、改进或其它更改， 并有权随时中止提供任何产品和服务。 客户在下订单前应获取最新的相关信息，并验证这些信息是否完整且是最新的。 所有产品的 销售都遵循在订单确认时所提供的 TI 销售条款与条件。 TI 保证其所销售的硬件产品的性能符合 TI 标准保修的适用规范。 仅在 TI 保修的范围内，且 TI 认为有必要时才会使用测试或其它质 量控制技术。 除非政府做出了硬性规定，否则没有必要对每种产品的所有参数进行测试。 TI 对应用帮助或客户产品设计不承担任何义务。 客户应对其使用 TI 组件的产品和应用自行负责。 为尽量减小与客户产品和应用相关 的风险，客户应提供充分的设计与操作安全措施。 TI 不对任何 TI 专利权、版权、屏蔽作品权或其它与使用了 TI 产品或服务的组合设备、机器、相关的 TI 知识产权中授予的直接 或隐含权限作出任何保证或解释。 TI 所发布的与第三方产品或服务有关的信息，不能构成从 TI 获得使用这些产品或服务的许可、授 权、或认可。 使用此类信息可能需要获得第三方的专利权或其它知识产权方面的许可，或是 TI 的专利权或其它知识产权方面的许 可。 对于 TI 的数据手册或数据表，仅在没有对内容进行任何篡改且带有相关授权、条件、限制和声明的情况下才允许进行复制。 在复制 信息的过程中对内容的篡改属于非法的、欺诈性商业行为。 TI 对此类篡改过的文件不承担任何责任。 在转售 TI 产品或服务时，如果存在对产品或服务参数的虚假陈述，则会失去相关 TI 产品或服务的明示或暗示授权，且这是非法的、 欺诈性商业行为。 TI 对此类虚假陈述不承担任何责任。 可访问以下 URL 地址以获取有关其它 TI 产品和应用解决的信息： 产产品品 放大器 http://www.ti.com.cn/amplifiers 数据转换器 http://www.ti.com.cn/dataconverters DSP http://www.ti.com.cn/dsp 接口 http://www.ti.com.cn/interface 逻辑 http://www.ti.com.cn/logic 电源管理 http://www.ti.com.cn/power 微控制器 http://www.ti.com.cn/microcontrollers 应应用用 音频 http://www.ti.com.cn/audio 汽车 http://www.ti.com.cn/automotive 宽带 http://www.ti.com.cn/broadband 数字控制 http://www.ti.com.cn/control 光纤网络 http://www.ti.com.cn/opticalnetwork 安全 http://www.ti.com.cn/security 电话 http://www.ti.com.cn/telecom 视频与成像 http://www.ti.com.cn/video 无线 http://www.ti.com.cn/wireless 邮寄地址：Texas Instruments, Post Office Box 655303, Dallas, Texas 75265 Copyright © 2006, Texas Instruments Incorporated LitNumber: ZHCT037