如何使用GMSL線(xiàn)路故障檢測(cè)進(jìn)行同軸電纜供電

許多Maxim GMSL SerDes器件內(nèi)置線(xiàn)路故障檢測(cè)電路，用于接地短路、電池短路和電纜斷開(kāi)。使用同軸電纜供電 （PoC） 時(shí)，需要不同的配置才能正常運(yùn)行線(xiàn)路故障操作。本應(yīng)用筆記解釋了線(xiàn)路故障電路、如何使其適應(yīng)PoC，以及防止過(guò)壓和過(guò)流情況的解決方案。

介紹

在設(shè)備之間使用電纜的任何應(yīng)用中，能夠診斷線(xiàn)路中的故障而無(wú)需物理檢查設(shè)備都是很好的。Maxim的許多GMSL器件包括線(xiàn)路故障電路，用于檢測(cè)對(duì)地短路、電池短路和電纜斷開(kāi)。本應(yīng)用筆記討論了如何使GMSL線(xiàn)路故障電路適應(yīng)同軸電纜供電（PoC），并提供了防止過(guò)壓和過(guò)流情況的解決方案。MAX96705和MAX96706 SerDes對(duì)就是一個(gè)例子。當(dāng)串行器和解串器都有本地電源時(shí)，同軸電纜通過(guò)外部電阻R1、R2和R5偏置，如圖1所示。

圖1.無(wú)需 PoC 的線(xiàn)路故障檢測(cè)。

同軸電纜上的功率正是它聽(tīng)起來(lái)的樣子，通過(guò)同軸電纜傳輸功率。它也被稱(chēng)為幻象電源，即當(dāng)電源和數(shù)據(jù)共享同一根電纜時(shí)。高速串行數(shù)據(jù)，UART/I2C 命令和直流電源都存在于 GMSL PoC 應(yīng)用中的同軸電纜上。

最初，GMSL部件設(shè)計(jì)用于檢測(cè)沒(méi)有PoC的雙絞線(xiàn)系統(tǒng)中的故障。如果同時(shí)需要PoC和線(xiàn)路故障檢測(cè)，則需要備用電路才能正常工作。同軸電纜偏置在電源設(shè)定的電壓下，對(duì)于相機(jī)應(yīng)用，通常在5V至12V之間。在這種情況下，必須重新配置線(xiàn)路故障電阻，并且需要PoC濾波器從高速GMSL鏈路注入和提取直流電源。有關(guān)新配置，請(qǐng)參見(jiàn)圖 2。

圖2.PoC 的線(xiàn)路故障檢測(cè)。

線(xiàn)路故障內(nèi)部電路

在芯片內(nèi)部，線(xiàn)路故障檢測(cè)器具有多電平比較器，用于檢測(cè)可能的線(xiàn)路條件：對(duì)地短路、電池短路、電纜斷開(kāi)和正常工作。如圖 3 所示。表1列出了MAX96706線(xiàn)路故障檢測(cè)輸入比較器數(shù)據(jù)資料中的電氣規(guī)格。

圖3.內(nèi)部多電平線(xiàn)路故障比較器。

表1中有4個(gè)閾值和一個(gè)定義的電壓。閾值表示保證線(xiàn)路故障狀態(tài)的電壓范圍（見(jiàn)LMN_引腳）。閾值范圍之外列出的電壓可能是兩個(gè)相鄰狀態(tài)之一。例如，如果電壓在V處LMN_= 0.4V，線(xiàn)路故障輸出可以短路至地或正常工作。開(kāi)路輸入電壓（VIO） 是線(xiàn)路開(kāi)路且LMN_引腳通過(guò) 45.3kΩ 電阻上拉時(shí)在LMN_處看到的電壓。在圖1中，45.3kΩ是無(wú)PoC的線(xiàn)路故障應(yīng)用的R1值。圖4（a）顯示了線(xiàn)路開(kāi)路時(shí)的等效電路，圖4（b）是線(xiàn)路故障閾值的可視化表示。

圖4.線(xiàn)路故障閾值。

PoC 的線(xiàn)路故障

對(duì)于 PoC，同軸電纜通常偏置在高于 V 的電壓下AVDD= 1.8V。PoC 電壓的常見(jiàn)值為 5V 和 12V。因?yàn)榫€(xiàn)路的電壓高于 VAVDD= 1.8V，無(wú)法選擇圖1中的線(xiàn)路故障電阻R1、R2和R5，使得LMN_引腳偏置在V以?xún)?nèi)田納西.無(wú)論選擇什么電阻值，在正常工作時(shí)，LMN_處的電壓最小值為1.8V。因此，必須使用不同的電阻分壓器配置。

5V 碳化芯片

對(duì)于5V PoC，選擇圖2中的R1和R2，使R1 = 49.9kΩ和R2 = 10.2kΩ。該電路的簡(jiǎn)化圖5所示。當(dāng)線(xiàn)路正確偏置在5V時(shí)，LMN_讀數(shù)為0.85V，即正常閾值V的中點(diǎn)田納西.如果電纜接地短路，LMN_看到大約0V并讀取接地短路。如果電纜短路到汽車(chē)電池，則同軸電纜上大約有12V。在這種情況下，LMN_讀數(shù)為2.04V，超出了定義的閾值范圍。線(xiàn)路故障輸出顯示“電纜開(kāi)路”或“電池短路”。控制器將“開(kāi)路電纜”解釋為“電池短路”非常重要。由于開(kāi)放式電纜看起來(lái)與正常操作相同，因此在使用 PoC 時(shí)無(wú)法檢測(cè)到它。表2總結(jié)了5V PoC的線(xiàn)路故障電壓和輸出。

圖5.用于 5V PoC 的線(xiàn)路故障電阻分壓器

12V 碳化芯片

5V PoC的電阻分壓器原理圖用于12V PoC，但R1變?yōu)?33kΩ。圖 6 顯示了這一點(diǎn)。選擇133kΩ電阻在正常工作時(shí)偏置0.85V LMN_。由于12V大約等于汽車(chē)的電池電壓，因此無(wú)法檢測(cè)到電池短路。從線(xiàn)路故障輸出讀取的對(duì)地短路和正常工作。有關(guān)12V PoC的線(xiàn)路故障電壓和輸出摘要，請(qǐng)參見(jiàn)表3。

圖6.用于 12V PoC 的線(xiàn)路故障電阻分壓器。

PoC 系統(tǒng)中的保護(hù)

在使用 PoC 的 GMSL 應(yīng)用中，必須注意防止損壞 PoC 濾波器、同軸電纜和電源。如果電纜接地，則會(huì)導(dǎo)致電源近乎短路，從而導(dǎo)致過(guò)流情況。在 5V PoC 應(yīng)用中，還應(yīng)考慮電池短路，因?yàn)檫^(guò)壓情況可能會(huì)損壞連接到電源軌的電路。

MAX20087為四通道電源保護(hù)器，可檢測(cè)和管理PoC應(yīng)用中的過(guò)壓、欠壓、過(guò)流和過(guò)熱情況。該器件獨(dú)立地為所有通道提供保護(hù);一個(gè)通道上的故障是隔離的，不會(huì)影響其他通道的功能。如果故障只是暫時(shí)性的，它會(huì)自動(dòng)重新嘗試為受影響的通道供電。MAX20087還通過(guò)I提供高級(jí)監(jiān)測(cè)和診斷2C 接口，可與監(jiān)控控制器配對(duì)，在安全關(guān)鍵系統(tǒng)中達(dá)到 ASIL-D 等級(jí)。有四條保護(hù)通道，非常適合 4 攝像頭環(huán)視系統(tǒng)。圖7所示為MAX20087在GMSL系統(tǒng)中的放置位置。

圖7.采用MAX20087進(jìn)行電源保護(hù)的GMSL PoC應(yīng)用。

結(jié)論

在使用 PoC 的 GMSL 應(yīng)用中，需要備用線(xiàn)路故障電路才能正確檢測(cè)故障。該電路的設(shè)計(jì)取決于PoC電壓電平，通常為5V或12V。當(dāng)電纜短路到電池或短路到地面時(shí)，需要額外的保護(hù)電路以防止損壞連接到電源軌的組件。當(dāng)一起使用時(shí)，MAX96705和MAX96706在同一根電纜上提供可靠的高速SerDes和PoC。此外，MAX20087可用于四個(gè)PoC GMSL鏈路的過(guò)流和過(guò)壓保護(hù)。

審核編輯：郭婷