用于故障安全偏置的替代鲁棒电路结构介绍

低压差分信号（LVDS）已广泛用于高速数字信号互连。一种流行的总线拓扑将多个LVDS接收器连接到由LVDS发送器驱动的100Ω差分双绞线，称为多点LVDS总线。交流耦合方法通常用于多点总线。本应用笔记探讨了多点总线的传统故障安全偏置电路，并确定了其最常见的弱点是元件变化。本文提出了一种用于故障安全偏置的替代鲁棒电路结构。

LVDS信令广泛用于高速数字信号互连，特别是在数字视频和相机信号中。多点LVDS总线是常用的总线拓扑之一，它将多个LVDS接收器连接到由LVDS发送器驱动的100Ω差分双绞线。这种总线结构是形成LVDS信号路由多路复用的便捷方法。此外，更多的LVDS互连使用交流耦合，以避免接地电平偏移和共模干扰。

图1显示了典型多点LVDS总线的框图。总线和接收器输入之间的连接长度应尽可能短。图1所示的故障安全偏置电路提供约1.2V的共模偏置。当总线不受Tx驱动，或总线长时间没有状态转换时，电路还会设置一个50mV至100mV的小差分电压，以驱动LVDS接收器输出到确定的逻辑状态。有关LVDS故障安全电路的一般讨论，请参考应用笔记3662：了解LVDS故障安全电路。

图1.交流耦合LVDS多点总线的总线和接收器输入之间应使用短连接。

多点总线和点对点连接之间的偏置存在显著差异：多点总线中的接收器必须是高阻抗的，而点对点连接中的接收器输入阻抗必须与差分链路的100Ω阻抗匹配。因此，电阻值的变化是传统故障安全偏置电路的一个常见弱点。本应用笔记探讨了传统的故障安全电路设计，讨论了元件变化的问题，并提出了一种新的鲁棒偏置电路。

传统偏置电路及其弱点

最常见的传统故障安全偏置电路由两个LVDS输入引脚上的两个电阻分压器组成。实现如图2a所示。选择电阻值时，两个输入引脚的电压约为1.2V，两个输入引脚的电压差为-50mV。这两个输入引脚的电压根据图2A所示的标称电阻值计算得出。当总线未被驱动时，该电压差将使接收器输出逻辑低电平。

但是，如果考虑电阻容差，差分电压的值可能会发生显著变化。假设使用所有容差为1%的电阻，图2b显示电压差可以达到-90mV，这是最坏情况下的负变化。或者，在相反的极端，图2c显示电压差可以低至-16mV。因此，当电阻变化±1%时，故障安全差分输入可能会在-80%至+68%之间变化。

图2.常用的故障安全偏置电路（a）标称电阻值，（b）在±1%容差下产生最大电压差的设计，以及（c）在±1%容差下产生最小电压差的设计。

较大的差分故障安全电压是这种传统电路设计的一个显著弱点。较大的电压差会引起多种反应：逻辑高电平或低电平的占空比变得不平衡;触发阈值在输入的一侧向上移动，并降低触发点的慢速速率，从而导致接收器的固有抖动增加。此外，如图2c所示，低压差值可能不足以激活故障安全功能。

为了克服传统偏置电路中提到的弱点，请考虑以下新的偏置电路，该电路对电阻变化非常鲁棒。

新型故障安全偏置电路

故障安全偏置电路的新拓扑结构可产生相对恒定的差分电压，而与电阻变化无关。图3所示为新电路示意图。

图3.图中显示了鲁棒的故障安全偏置电路（a）标称电阻值，（b）在±5%容差下产生最大电压差的设计，以及（c）在±5%容差下产生最小电压差的设计。

在新电路中，共模电压从公共电源提供给两个输入引脚。差分电压由一个输入引脚上的下拉（或上拉）电阻产生。从图3所示的值可以看出，即使使用±5%的电阻，故障安全差分电压也仅在-15%至+15%之间变化，这比图2所示电路要鲁棒得多。该新电路可用于具有内部公共上拉故障保护电路的LVDS产品，如MAX9169/MAX9170和MAX9174/MAX9175，或具有弱内部共模偏置的电路，如MAX9242/MAX9244/MAX9246/MAX9254、MAX9218和MAX9248解串器产品。

审核编辑：郭婷