發布日期：2022-07-14 點擊率：94
在許多工業、電信、車載以及數據處理系統中,故障隔離和安全關機協議起到非常關鍵的作用。盡管內置的測試程序可以在系統脫機時提供故障隔離,但實時的故障檢測則要求對信號進行持續監控。這些系統經常使用 RS-485 在傳感器、傳動裝置、單板計算機或通信處理器之間共享信息。
RS-485 信號是使用兩條信號線進行數據傳輸的差動信號,并且對有效信號電平的檢測要求有一個差動窗口比較器。設計該電路功能的挑戰是 RS-485 信號的共模范圍較寬,并且在許多情況下,只能使用正電源軌。
本文將介紹如何利用兩個 SN65HVD3088E RS-485 收發器的無源自動防護* (passive-failsafe) 功能和一個 AND 柵極構建一個差動窗口比較器。此外,本文還介紹了工作原理、基本電路原理圖、測試結果以及其它設計考慮因素。
工作原理
差動輸入閾值是非反相和反相 RS-485 信號之間的電壓,在此電壓之上則總線狀態為高電平；在此電壓之下,則總線狀態為低電平。標準接收機的差動輸入電壓閾值介于 -200mV 到 200mV 之間。SN65HVD3088E 的差動輸入電壓閾值介于 -200mV 到 -10mV 之間。這將使高電平接收機的輸出處于 0V 電壓狀態(無輸入信號),即無源自動防護。在這種情況下無法區分有效高電平輸入和無信號。
其中的一個 SN65HVD3088E 可以確定差動輸入電壓是否低于 -200mV 或高于 -10mV。將第二個 SN65HVD3088E 的輸入極性反相則可確定差動輸入電壓是否低于 10mV 或高于 200mV,這是構建差動窗口比較器的基本原理。如圖1所示。
圖1:具有信號損耗指示器的 RS-485 收發器
*如欲了解該特性的更多詳情,敬請參閱參考書目 1。
若差動輸入電壓 VAB 高于 -10mV,則圖 1 中位于上方的接收器輸出為真(高電平)。由于位于下方的接收器的輸入被反相,因此 -VAB> -10mV(或將不等式兩端的負信號消去得到 VAB < 10mV)時,則輸出為真(高電平)。如果兩個接收機的輸出均為真,則差動總線電壓在 -10mV 和 10mV 之間,且不是有效輸入。AND 柵極 F 輸出根據兩個接收機輸出的輸入信號提示該故障。
圖2:有效低電平信號損耗
圖3:有效高電平信號損耗
測試結果
圖2和圖3顯示了 F 和 VAB 從低電平到無信號和從高電平到無信號的轉變過程,以及所需的故障指示。
其它設計考慮因素
雖然本文以采用 SN65HVD3088E 電路為例,但實際上可以使用任何具有無源自動保護功能的 RS-485 接收機(德州儀器 (TI) 提供了 30 多種此類產品以供選擇)。類似方法可以應用于單向(單工)連接。兩個收發器的并聯會使單位負載降低一半,同是也使總線的雜散電容增大了一倍。這會限制總線上的器件數量和間距(參見參考書目 2 和 3)。
如果系統時鐘預算,則 F 濾波可以防止差動噪聲或輸入信號變化過慢引起的錯誤故障提示。濾波可以通過增加門控電路或選擇很慢的 AND 柵極來實現。
結論
通過向另一個無源自動防護接收機添加一個無源自動防護 RS-485 接收機和一個AND 柵極,就可以構建一個差動窗口比較器。然后,該電路能通過 RS-485 數據總線提供信號損耗指示,故障標志可以用于系統故障隔離或安全關機協議。
參考書目:
如欲了解有關該文章的更多詳情,敬請登錄 下載一個 Acronbat Reader 格式文件,然后登錄 Lit.#,獲得下列資料。
1、《模擬應用雜志》(2004 年第三季度版),RS-485 數據總線自動防護 (slyt080),作者:Kevin Ginerich
2、《模擬應用雜志》(2004 年第一季度版),RS-485 單位負載和總線連接器的最大數量 (slyt086),作者:Kevin Ginerich
3、《模擬應用雜志》(2006 年每二季度版),RS-485總線器件間隔 (slyt241),作者:Kevin Ginerich
作者:Kevin Gingerich
德州儀器公司
