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

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。

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。

圖2：有效低電平信號損耗

圖3：有效高電平信號損耗

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 www-s.ti-com/sc/techlit/litnumber下載一個 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(e