在許多工業(yè)、電信、車載以及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中，故障隔離和安全關(guān)機(jī)協(xié)議起到非常關(guān)鍵的作用。盡管內(nèi)置的測(cè)試程序可以在系統(tǒng)脫機(jī)時(shí)提供故障隔離，但實(shí)時(shí)的故障檢測(cè)則要求對(duì)信號(hào)進(jìn)行持續(xù)監(jiān)控。這些系統(tǒng)經(jīng)常使用 RS-485 在傳感器、傳動(dòng)裝置、單板計(jì)算機(jī)或通信處理器之間共享信息。

RS-485 信號(hào)是使用兩條信號(hào)線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟顒?dòng)信號(hào)，并且對(duì)有效信號(hào)電平的檢測(cè)要求有一個(gè)差動(dòng)窗口比較器。設(shè)計(jì)該電路功能的挑戰(zhàn)是 RS-485 信號(hào)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(gè) SN65HVD3088E RS-485 收發(fā)器的無(wú)源自動(dòng)防護(hù)* (passive-failsafe) 功能和一個(gè) AND 柵極構(gòu)建一個(gè)差動(dòng)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(cè)試結(jié)果以及其它設(shè)計(jì)考慮因素。

工作原理

差動(dòng)輸入閾值是非反相和反相 RS-485 信號(hào)之間的電壓，在此電壓之上則總線狀態(tài)為高電平；在此電壓之下，則總線狀態(tài)為低電平。標(biāo)準(zhǔn)接收機(jī)的差動(dòng)輸入電壓閾值介于 -200mV 到 200mV 之間。SN65HVD3088E 的差動(dòng)輸入電壓閾值介于 -200mV 到 -10mV 之間。這將使高電平接收機(jī)的輸出處于 0V 電壓狀態(tài)（無(wú)輸入信號(hào)），即無(wú)源自動(dòng)防護(hù)。在這種情況下無(wú)法區(qū)分有效高電平輸入和無(wú)信號(hào)。

其中的一個(gè) SN65HVD3088E 可以確定差動(dòng)輸入電壓是否低于 -200mV 或高于 -10mV。將第二個(gè) SN65HVD3088E 的輸入極性反相則可確定差動(dòng)輸入電壓是否低于 10mV 或高于 200mV，這是構(gòu)建差動(dòng)窗口比較器的基本原理。如圖1所示。

圖1：具有信號(hào)損耗指示器的 RS-485 收發(fā)器

若差動(dòng)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?qū)⒉坏仁絻啥说呢?fù)信號(hào)消去得到 VAB < 10mV）時(shí)，則輸出為真（高電平）。如果兩個(gè)接收機(jī)的輸出均為真，則差動(dòng)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(jù)兩個(gè)接收機(jī)輸出的輸入信號(hào)提示該故障。

測(cè)試結(jié)果

圖2和圖3顯示了 F 和 VAB 從低電平到無(wú)信號(hào)和從高電平到無(wú)信號(hào)的轉(zhuǎn)變過(guò)程，以及所需的故障指示。

圖2：有效低電平信號(hào)損耗

圖3：有效高電平信號(hào)損耗

其它設(shè)計(jì)考慮因素

雖然本文以采用 SN65HVD3088E 電路為例，但實(shí)際上可以使用任何具有無(wú)源自動(dòng)保護(hù)功能的 RS-485 接收機(jī)（德州儀器 (TI) 提供了 30 多種此類產(chǎn)品以供選擇）。類似方法可以應(yīng)用于單向（單工）連接。兩個(gè)收發(fā)器的并聯(lián)會(huì)使單位負(fù)載降低一半，同是也使總線的雜散電容增大了一倍。這會(huì)限制總線上的器件數(shù)量和間距（參見參考書目 2 和 3）。

如果系統(tǒng)時(shí)鐘預(yù)算，則 F 濾波可以防止差動(dòng)噪聲或輸入信號(hào)變化過(guò)慢引起的錯(cuò)誤故障提示。濾波可以通過(guò)增加門控電路或選擇很慢的 AND 柵極來(lái)實(shí)現(xiàn)。

結(jié)論

通過(guò)向另一個(gè)無(wú)源自動(dòng)防護(hù)接收機(jī)添加一個(gè)無(wú)源自動(dòng)防護(hù) RS-485 接收機(jī)和一個(gè)AND 柵極，就可以構(gòu)建一個(gè)差動(dòng)窗口比較器。然后，該電路能通過(guò) RS-485 數(shù)據(jù)總線提供信號(hào)損耗指示，故障標(biāo)志可以用于系統(tǒng)故障隔離或安全關(guān)機(jī)協(xié)議。

參考書目：

如欲了解有關(guān)該文章的更多詳情，敬請(qǐng)登錄 www-s.ti-com/sc/techlit/litnumber下載一個(gè) Acronbat Reader 格式文件，然后登錄 www-s.ti-com/sc/techlit/TI Lit.#，獲得下列資料。

1、《模擬應(yīng)用雜志》（2004 年第三季度版），RS-485 數(shù)據(jù)總線自動(dòng)防護(hù) (slyt080)，作者：Kevin Ginerich
2、《模擬應(yīng)用雜志》（2004 年第一季度版），RS-485 單位負(fù)載和總線連接器的最大數(shù)量 (slyt086)，作者：Kevin Ginerich
3、《模擬應(yīng)用雜志》（2006 年每二季度版），RS-485總線器件間隔 (slyt241)，作者：Kevin Ginerich(e