詳析多點(diǎn)總線中傳統(tǒng)的失效偏置電路

低電壓差分信號(hào)(LVDS)已廣泛用于高速數(shù)字信號(hào)互聯(lián)，一種流行的總線拓?fù)涫菍⒍鄠€(gè)LVDS接收器連接到100Ω差分雙絞線上，由LVDS發(fā)送器驅(qū)動(dòng)，這種架構(gòu)稱為多點(diǎn)LVDS總線。在多點(diǎn)總線中常常采用交流耦合，本應(yīng)用筆記討論了多點(diǎn)總線中傳統(tǒng)的失效偏置電路，并指出了其共同的弱點(diǎn)。文章最后提供了一種可靠的替代方案，用于失效保護(hù)偏置。

LVDS信號(hào)已廣泛用于高速數(shù)字信號(hào)互聯(lián)，特別是數(shù)字視頻和攝像信號(hào)等。多點(diǎn)LVDS總線是一種流行的總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，它將多個(gè)LVDS接收器連接到由LVDS發(fā)送器驅(qū)動(dòng)的100Ω差分雙絞線上。這種總線結(jié)構(gòu)可以方便地構(gòu)成LVDS信號(hào)路由的復(fù)用器。此外，大多數(shù)LDVS互聯(lián)采用交流耦合方式，以避免地電位偏差和共模干擾。

圖1是一個(gè)典型的多點(diǎn)LVDS總線結(jié)構(gòu)圖，總線和接收器輸入之間的連線長(zhǎng)度應(yīng)盡量短。圖1中的失效保護(hù)偏置電路提供1.2V左右的共模偏置。當(dāng)總線沒有Tx驅(qū)動(dòng)，或總線長(zhǎng)時(shí)間沒有發(fā)生狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)，該電路可以設(shè)置一個(gè)50mV至100mV的差分電壓，驅(qū)動(dòng)LVDS接收器輸出，使其輸出確定的邏輯狀態(tài)。

圖1. 交流耦合LVDS多點(diǎn)總線上，應(yīng)在接收器輸入與總線之間采用短線連接

多點(diǎn)總線偏置和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接偏置有明顯不同：多點(diǎn)總線上的接收器必須具有高阻，而點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接中的接收器輸入阻抗必須與差分鏈路的100Ω阻抗相匹配。因此，電阻值的偏差是傳統(tǒng)失效保護(hù)偏置電路中普遍存在問題。本應(yīng)用筆記討論了傳統(tǒng)失效保護(hù)電路的設(shè)計(jì)，包括元件偏差問題，并提出了一種可靠的偏置方案。

傳統(tǒng)的偏置電路及其不足

傳統(tǒng)的失效保護(hù)偏置電路通常是在兩個(gè)LVDS輸入引腳采用兩個(gè)電阻構(gòu)成分壓網(wǎng)絡(luò)，電路如圖2a所示。選擇適當(dāng)?shù)碾娮柚?，使兩個(gè)輸入引腳的電壓在1.2V左右，兩個(gè)輸入引腳的壓差為-50mV。兩個(gè)輸入引腳的電壓按照?qǐng)D2a的標(biāo)稱電阻進(jìn)行計(jì)算。沒有總線驅(qū)動(dòng)時(shí)，該壓差使接收器輸出邏輯低電平。

然而，如果考慮電阻容差問題，差分電壓會(huì)發(fā)生明顯變化。假設(shè)全部使用1%容差的電阻，圖2b顯示壓差會(huì)達(dá)到-90mV，這是最差情況下的負(fù)偏差。另一方面，考慮正偏差極限情況時(shí)，圖2c顯示壓差會(huì)低至-16mV。結(jié)果，±1%的電阻變化導(dǎo)致失效保護(hù)差分輸入的變化范圍為-80%到+68%。

圖2. 常用的失效保護(hù)偏置電路：(a) 采用標(biāo)稱電阻值，(b) 容差為±1%時(shí)所產(chǎn)生的最大壓差，(c) 容差為±1%時(shí)所產(chǎn)生的最小壓差

傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中有時(shí)設(shè)置較大的壓差，如果失效保護(hù)電路設(shè)計(jì)產(chǎn)生較大的壓差，則會(huì)產(chǎn)生一些負(fù)面影響：邏輯高電平或低電平的占空比不平衡；輸入端一側(cè)的觸發(fā)閾值會(huì)提升，降低了觸發(fā)點(diǎn)的擺率，導(dǎo)致接收器的抖動(dòng)增大。另外，如圖2c所示，較低的壓差可能不足以使失效保護(hù)功能有效。

為克服上述傳統(tǒng)偏置電路的不足，我們提出一種新的偏置方案，如下所示，該電路能夠在電阻存在偏差時(shí)提供高度可靠性。

新的失效保護(hù)偏置電路

新的失效保護(hù)偏置結(jié)構(gòu)能夠在電阻存在偏差時(shí)提供相對(duì)恒定的差分電壓，圖3所示為新型偏置電路。

圖3. 可靠的失效保護(hù)偏置電路：(a) 采用標(biāo)稱電阻值，(b) 容差為±5%時(shí)所產(chǎn)生的最大壓差，(c) 容差為±5%時(shí)所產(chǎn)生的最小壓差

新電路中，兩個(gè)輸入引腳的共模電壓取自同一共模電壓源。一個(gè)輸入引腳的下拉(或上拉)電阻產(chǎn)生差分電壓。從圖3所示數(shù)值中我們可以看出：即使采用容差為±5%的電阻，失效保護(hù)電路的差分電壓僅發(fā)生-15%到+15%的變化，比圖2電路可靠得多。這一新型架構(gòu)能夠用于具有內(nèi)部公共上拉失效保護(hù)電路的器件，例如，MAX9169/MAX9170和MAX9174/MAX9175，也可以用于具有內(nèi)部弱共模偏置的器件，例如，MAX9242/MAX9244/MAX9246/MAX9254、MAX9218和MAX9248解串器等。