在许多工业、电信、车载以及数据处理系统中，故障隔离和安全关机协议起到非常关键的作用。尽管内置的测试程序可以在系统脱机时提供故障隔离，但实时的故障检测则要求对信号进行持续监控。这些系统经常使用RS-485在传感器、传动装置、单板计算机或通信处理器之间共享信息。
RS-485信号是使用两条信号线进行数据传输的差动信号，并且对有效信号电平的检测要求有一个差动窗口比较器。设计该电路功能的挑战是RS-485信号的共模范围较宽，并且在许多情况下，只能使用正电源轨。
本文将介绍如何利用两个SN65HVD3088E RS-485收发器的无源自动防护(passive-failsafe)功能和一个AND栅极构建一个差动窗口比较器。此外，本文还介绍了工作原理、基本电路原理图、测试结果以及其它设计考虑因素。
工作原理
差动输入阈值是非反相和反相RS-485信号之间的电压，在此电压之上则总线状态为高电平；在此电压之下，则总线状态为低电平。标准接收机的差动输入电压阈值介于-200mV到200mV之间。SN65HVD3088E的差动输入电压阈值介于-200mV到-10mV之间。这将使高电平接收机的输出处于0V电压状态（无输入信号），即无源自动防护。在这种情况下无法区分有效高电平输入和无信号。
其中的一个SN65HVD3088E可以确定差动输入电压是否低于-200mV或高于-10mV。将第二个SN65HVD3088E的输入极性反相则可确定差动输入电压是否低于10mV或高于200mV，这是构建差动窗口比较器的基本原理。如图1所示。
图1：具有信号损耗指示器的RS-485收发器
若差动输入电压VAB高于-10mV，则图1中位于上方的接收器输出为真（高电平）。由于位于下方的接收器的输入被反相，因此-VAB>-10mV（或将不等式两端的负信号消去得到VAB<10mV）时，则输出为真（高电平）。如果两个接收机的输出均为真，则差动总线电压在-10mV和10mV之间，且不是有效输入。AND栅极F输出根据两个接收机输出的输入信号提示该故障。
图2：有效低电平信号损耗。
测试结果
图2和图3显示了F和VAB从低电平到无信号和从高电平到无信号的转变过程，以及所需的故障指示。
图3：有效高电平信号损耗。
其它设计考虑因素
虽然本文以采用SN65HVD3088E电路为例，但实际上可以使用任何具有无源自动保护功能的RS-485接收机（德州仪器(TI)提供了30多种此类产品以供选择）。类似方法可以应用于单向（单工）连接。两个收发器的并联会使单位负载降低一半，同是也使总线的杂散电容增大了一倍。这会限制总线上的器件数量和间距（参见参考书目2和3）。
如果系统时钟预算，则F滤波可以防止差动噪声或输入信号变化过慢引起的错误故障提示。滤波可以通过增加门控电路或选择很慢的AND栅极来实现。
本文小结
通过向另一个无源自动防护接收机添加一个无源自动防护RS-485接收机和一个AND栅极，就可以构建一个差动窗口比较器。然后，该电路能通过RS-485数据总线提供信号损耗指示，故障标志可以用于系统故障隔离或安全关机协议。
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