许多Maxim GMSL SerDes器件内置线路故障检测电路,用于接地短路、电池短路和电缆断开。使用同轴电缆供电 (PoC) 时,需要不同的配置才能正常运行线路故障操作。本应用笔记解释了线路故障电路、如何使其适应PoC,以及防止过压和过流情况的解决方案。
介绍
在设备之间使用电缆的任何应用中,能够诊断线路中的故障而无需物理检查设备都是很好的。Maxim的许多GMSL器件包括线路故障电路,用于检测对地短路、电池短路和电缆断开。本应用笔记讨论了如何使GMSL线路故障电路适应同轴电缆供电(PoC),并提供了防止过压和过流情况的解决方案。MAX96705和MAX96706 SerDes对就是一个例子。当串行器和解串器都有本地电源时,同轴电缆通过外部电阻R1、R2和R5偏置,如图1所示。
图1.无需 PoC 的线路故障检测。
同轴电缆上的功率正是它听起来的样子,通过同轴电缆传输功率。它也被称为幻象电源,即当电源和数据共享同一根电缆时。高速串行数据,UART/I2C 命令和直流电源都存在于 GMSL PoC 应用中的同轴电缆上。
最初,GMSL部件设计用于检测没有PoC的双绞线系统中的故障。如果同时需要PoC和线路故障检测,则需要备用电路才能正常工作。同轴电缆偏置在电源设定的电压下,对于相机应用,通常在5V至12V之间。在这种情况下,必须重新配置线路故障电阻,并且需要PoC滤波器从高速GMSL链路注入和提取直流电源。有关新配置,请参见图 2。
图2.PoC 的线路故障检测。
线路故障内部电路
在芯片内部,线路故障检测器具有多电平比较器,用于检测可能的线路条件:对地短路、电池短路、电缆断开和正常工作。如图 3 所示。表1列出了MAX96706线路故障检测输入比较器数据资料中的电气规格。
图3.内部多电平线路故障比较器。
参数 | 象征 | 最小值 | 典型值 | 麦克斯 | 单位 |
对地短路阈值 | VTG | 0.3 | V | ||
正常阈值 | V田纳西 | 0.57 | 1.07 | V | |
开放阈值 | V自 | 1.45 | VIO+ 0.6 | V | |
开路输入电压 | VIO | 1.47 | 1.75 | V | |
电池短路阈值 | V泰 | 2.47 | V |
表1中有4个阈值和一个定义的电压。阈值表示保证线路故障状态的电压范围(见LMN_引脚)。阈值范围之外列出的电压可能是两个相邻状态之一。例如,如果电压在V处LMN_= 0.4V,线路故障输出可以短路至地或正常工作。开路输入电压(VIO) 是线路开路且LMN_引脚通过 45.3kΩ 电阻上拉时在LMN_处看到的电压。在图1中,45.3kΩ是无PoC的线路故障应用的R1值。图4(a)显示了线路开路时的等效电路,图4(b)是线路故障阈值的可视化表示。
图4.线路故障阈值。
PoC 的线路故障
对于 PoC,同轴电缆通常偏置在高于 V 的电压下AVDD= 1.8V。PoC 电压的常见值为 5V 和 12V。因为线路的电压高于 VAVDD= 1.8V,无法选择图1中的线路故障电阻R1、R2和R5,使得LMN_引脚偏置在V以内田纳西.无论选择什么电阻值,在正常工作时,LMN_处的电压最小值为1.8V。因此,必须使用不同的电阻分压器配置。
5V 碳化芯片
对于5V PoC,选择图2中的R1和R2,使R1 = 49.9kΩ和R2 = 10.2kΩ。该电路的简化图5所示。当线路正确偏置在5V时,LMN_读数为0.85V,即正常阈值V的中点田纳西.如果电缆接地短路,LMN_看到大约0V并读取接地短路。如果电缆短路到汽车电池,则同轴电缆上大约有12V。在这种情况下,LMN_读数为2.04V,超出了定义的阈值范围。线路故障输出显示“电缆开路”或“电池短路”。控制器将“开路电缆”解释为“电池短路”非常重要。由于开放式电缆看起来与正常操作相同,因此在使用 PoC 时无法检测到它。表2总结了5V PoC的线路故障电压和输出。
图5.用于 5V PoC 的线路故障电阻分压器
条件 | LMN_电压 (V) | 线路故障检测器输出 |
接地短路 | 0 | 接地短路 |
正常操作 | 0.85 | 正常操作 |
开放式电缆 | 0.85 | 正常操作 |
电池短路 (12V) | 2.04 | 开放式电缆或电池短路 |
12V 碳化芯片
5V PoC的电阻分压器原理图用于12V PoC,但R1变为133kΩ。图 6 显示了这一点。选择133kΩ电阻在正常工作时偏置0.85V LMN_。由于12V大约等于汽车的电池电压,因此无法检测到电池短路。从线路故障输出读取的对地短路和正常工作。有关12V PoC的线路故障电压和输出摘要,请参见表3。
图6.用于 12V PoC 的线路故障电阻分压器。
条件 | LMN_电压 (V) | 线路故障检测器输出 |
接地短路 | 0 | 接地短路 |
正常操作 | 0.85 | 正常操作 |
开放式电缆 | 0.85 | 正常操作 |
电池短路 (12V) | 0.85 | 正常操作 |
PoC 系统中的保护
在使用 PoC 的 GMSL 应用中,必须注意防止损坏 PoC 滤波器、同轴电缆和电源。如果电缆接地,则会导致电源近乎短路,从而导致过流情况。在 5V PoC 应用中,还应考虑电池短路,因为过压情况可能会损坏连接到电源轨的电路。
MAX20087为四通道电源保护器,可检测和管理PoC应用中的过压、欠压、过流和过热情况。该器件独立地为所有通道提供保护;一个通道上的故障是隔离的,不会影响其他通道的功能。如果故障只是暂时性的,它会自动重新尝试为受影响的通道供电。MAX20087还通过I提供高级监测和诊断2C 接口,可与监控控制器配对,在安全关键系统中达到 ASIL-D 等级。有四条保护通道,非常适合 4 摄像头环视系统。图7所示为MAX20087在GMSL系统中的放置位置。
图7.采用MAX20087进行电源保护的GMSL PoC应用。
结论
在使用 PoC 的 GMSL 应用中,需要备用线路故障电路才能正确检测故障。该电路的设计取决于PoC电压电平,通常为5V或12V。当电缆短路到电池或短路到地面时,需要额外的保护电路以防止损坏连接到电源轨的组件。当一起使用时,MAX96705和MAX96706在同一根电缆上提供可靠的高速SerDes和PoC。此外,MAX20087可用于四个PoC GMSL链路的过流和过压保护。
审核编辑:郭婷
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