具有故障安全偏置功能的差分总线设计

笔者讨论了如何在几种不同的应用里把低压差分信号（LVDS）收发器用作高速比较器。在本文中，笔者将介绍差分总线的故障安全偏置以及如何在您的下一个设计里实现故障安全偏置功能。

可在总线上安装启用不止一个驱动器和接收器（被称为多点）的总线拓扑结构（考虑到它们与点对点总线拓扑结构存在差异）会给系统设计人员带来挑战。（如欲回顾一下总线拓扑架构，敬请阅读笔者以前的一篇博客文章《适合多点应用的LVDS》）。在多点应用中，总线争用和总线闲置情况会导致正常运行期间总线上发生冲突或通信故障。当不止一个驱动器在工作而总线处于不确定状态时，会出现总线争用情况；当所有的驱动器都处于关闭状态或高阻抗（Hi-Z）状态时，则会出现总线闲置情况。故障安全偏置网络的实现能应对这两种情况。

可实现故障安全偏置功能的总线只有两种逻辑状态 —— 高电平状态和低电平状态（该总线可处于这两种状态）；而没有故障安全偏置功能的总线则会处于未知状态。正在工作的驱动器将通过故障安全偏置网络把总线驱至高电平状态和低电平状态或将其偏置到一种已知状态。没有故障安全偏置网络，总线将处于一种未知状态，其中接收器输出是无效的；噪声可通过收发器进行耦合，从而导致错误的转换。图1展示了一种典型的RS-485总线在具有和没有故障安全偏置功能时可能的状态。

图1：RS-485总线状态

故障安全偏置电阻器值基于最终应用中所用收发器装置（如SN65LBC180 RS-485收发器）的接收器最高阈值水平。通常对于RS-485网络，接收器输入阈值水平是±200mV；而对于LVDS网络，接收器输入阈值水平是±50mV。除接收器阈值水平外，端接电阻器RFS1和RFS2的值还应相等，因为这可为驱动器提供对称负载。RFS1、ZT1和RFS2的等效电阻应匹配双绞线电缆或印刷电路板（PCB）迹线的特性阻抗，旨在保持信号完整性（ZT1 ||（RFS1 + RFS2）。此外，ZT2还应匹配该网络的特性阻抗，目的也是为保持信号完整性（通过减少该网络上的反射）。图2展示了一种已实现故障安全偏置功能的多点总线拓扑结构。

图2：具有故障安全偏置功能的差分总线