如何使用GMSL线路故障检测进行同轴电缆供电

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