应用笔记 4709

MAX9259 GMSL的线路故障检测

By: Alex Shih

摘要 : 这篇应用笔记描述了一个串行器/解串器(SerDes)应用中检测串行链路线路故障(如短路)的简单方法。本文描述的方案由串行器内部监控电路、外部n沟道MOSFET (或模拟开关)和电阻网路构成。本文以MAX9259吉比特多媒体串行链路(GMSL)为例进行了说明。

MAX9259的内部线路故障监控电路用来监视串行链路的故障,比如线路与电源(或汽车电池)短路、与地短路、或者是开路。图1为原始电路和所需的外部电阻,这在MAX9259的数据资料中也有提及。

图1. 原始线路故障检测电路
图1. 原始线路故障检测电路

基于该原始电路,增加额外的两个器件,线路故障监控电路就能够支持双绞线电缆故障的监控(图2)。

图2. 支持短路检测的线路故障监测电路
图2. 支持短路检测的线路故障监测电路

扩展后的电路(图2)将原先的4.99kΩ电阻分为一个2.0kΩ电阻(R4)和一个3.01kΩ电阻(R5)。n沟道MOSFET (Q1)用作开关,Q1的漏极连接至R4和R5间的节点,Q1的源极连接至地。

当信号LINE_DIAG (连接到Q1的栅极)为低电平时,Q1断开。新电路的功能和图1所示原始电路功能完全相同,但增加了双绞线电缆的短路检测功能。

当LINE_DIAG变为高电平时,Q1打开并将R4和R5间的节点连接至地。

如果双绞线之间没有短路,Q1则将R4与R5之间的节点连接至地,如图3所示,该电路为图2的简化电路。

这种条件下,只有LMN1受Q1影响,LMN0的电压仍然在其正常电平。但是,供电电压在1.7V至1.9V之间时,LMN1的电压已经足够低,可被检测到短路至地。检测结果:MAX9259的/LFLT输出变为低电平;0x08寄存器的D[1:0]位为LFPOS = 10 (正常),D[3:2]位为LFNEG = 01 (短路至地)。

图3. 没有发生短路的等效电路
图3. 没有发生短路的等效电路

图4. 线路发生短路时的等效电路
图4. 线路发生短路时的等效电路

当双绞线短路在一起时,图2所示电路等效为图4电路。Q1同样会使R4与R5间的节点连接至地,但由于双绞线短路,这将会影响LMN0电平。

当供电电压为1.7V至1.9V时,LMN0和LMN1的电压都将低于MAX9259数据资料中所列的最大值为0.3V的短路至地的门限电压。检测结果:MAX9259的/LFLT输出变为低电平;0x08寄存器的D[1:0]位为LFPOS = 01 (短路至地),D[3:2]位为LFNEG = 01 (短路至地)。

MOSFET的漏电流(栅极电压为0时的漏极电流,IDSS)是本文所示电路正常工作的一个重要参数。电路正常工作时,该电流在整个工作温度范围内不能超过3µA (当VDS = 1V时)。MOSFET的导通电阻也是一个重要的参数,在VGS = 1.7V时不能超过20Ω。

与上述参数同样重要的是电阻对的匹配。图2所示电路中,R1等于R2、R3等于R4 + R5,R6等于R7。

关于内部寄存器、LMN0和LMN1的线路故障门限等详细信息,请参考MAX9259的数据资料。

因为很多MOSFET漏电流参数的测试条件与本文所示电路的工作条件不同,所以,可能很难找到一款能够工作在汽车级(如果需要)并且漏电流足够低的MOSFET。以ON Semiconductor®的BSS138LT1和Fairchild™的FDG327NZ/FDZ372NZ MOSFET为例, 在这些器件的数据资料中仅仅规定了在室温下的漏电流参数,而制造商的测试数据则要求在-40°C、室温和+150°C时漏电流不能超过3µA。

MOSFET的替换方案是模拟开关,如图5所示。目前使用较多的模拟开关是基于CD4066的单栅器件,其产品型号是xxx1G66 (比如NXP®的NX3L1G66)。在上述整个汽车级温度范围的测试条件下,这些器件满足所要求的漏电流参数。

图5. 使用模拟开关的线路故障检测电路
图5. 使用模拟开关的线路故障检测电路