線路跨接(Cross-wire)故障是許多資料傳輸系統的重大問題，因為會造成資料及裝置受損。未經訓練且收費低廉的技術人員常常在進行網路安裝中容易發生諸如此類配線錯誤。找出線路故障加以修正相當困難，因為整個網路可能受到單一線路跨接節點所影響。
新型對稱式極性(Symmetric-polarity, SymPol)收發機器使用對稱極性訊號處理，因此不會出現線路跨接故障。本文將解說收發器運作、其訊號處理機制，以及如何應用於新的應用。
SymPol可自動檢測 無需人員介入
SymPol收發器能夠在線路故障的情況下進行正確無誤的資料傳輸，換句話說，不論匯流排線路是否正常連接或線路跨接，收發器都能夠提供正確的輸入資料。SymPol收發器可以內部自動偵測此功能，因此無需控制或操作人員介入。
圖1顯示簡化的SymPol收發器配置圖。驅動器會在驅動器啟用(Driver Enabled, DE)的輸入下受到高訊號所啟用，在D輸入下進入驅動器的傳輸資料會經過反相處理。
 |
| 圖1 簡化配置圖 |
邏輯低位準會將連接匯流排線路A和B的驅動器電源電晶體轉換為接地及Vcc(圖2)。由於電晶體導通電阻較低，因此會急遽驅動匯流排，而且有效匯流排電容會迅速充電，使得匯流排電壓快速上升，而導致輸出電壓VOD差異。必須注意的是，匯流排線路無法達到完全的電軌電位，這是由於內部防護二極體及電流限制器所致。
 |
| 圖2 SymPol訊號處理 |
如果A和B匯流排電壓超過Vcc或低於接地電位，則二極體會避免逆向電流。在線路故障導致短路或雛菊鏈(Daisy-chained)匯流排出現驅動器競用之類的過載情況下，電流限制器會限制輸入電流。如果過載狀況持續一段長時間，增加的電流會使得裝置溫度升高，而且在某個跳變點(Trip Point)，過熱關機功能會停用驅動器階段。
在D輸入下的邏輯高位準會將兩個輸出電晶體關閉，而透過內部電阻將A與B匯流排線路連接至Vcc/2電位。由於這些電阻都是高阻抗，因此匯流排會呈等比級數逐漸放電。
|VB-VA|小於0.5伏特(V)時，SymPol匯流排狀態為被動，|VB-VA|大於0.9伏特時，則為主動。
SymPol訊號處理與CAN匯流排訊號處理類似，不過並不相同。SymPol收發器只會注意匯流排電壓|VB-VA|的差異程度，而非實際的極性。在驅動器輸出，此電壓稱為|VOD|，在遠端接收器輸入，則稱為|VID|。
接收器偵測是使用兩組反相比較器進行，其中的開啟及關閉閾值電壓分別為0.5伏特和0.9伏特。這些輸入在內部都是交叉連接，因此能夠不受極性限制而偵測匯流排訊號。這些輸出都是AND閘極輸出，因此可確保接收器輸出訊號R正確無誤。
圖2顯示正常及線路跨接匯流排訊號極性的區別。藍色訊號標註表示正常的匯流排訊號極性，驅動器A及B輸出連接至遠端接收器對應的A及B輸入時，便會施加此極性。此時，比較器輸出Q1會提供接收器輸出訊號，而Q2總是相當高，因此開啟AND閘極能夠讓Q1訊號通過。
而橘色訊號標註則指示逆向匯流排訊號極性，接收器輸入訊號由於線路跨接而產生驅動器輸出訊號的相反極性時，便會出現如此的現象。此時，Q2會提供接收器輸出訊號，Q1則提供閘控訊號。
圖2也顯示接收器輸出訊號(R)與驅動器輸入訊號(D)相同，完全與匯流排訊號極性無關。
可直接從RS-485升級
類似於RS-485，SymPol收發器可用於點對點(Point-to-point)、多分支(Multi-drop)或多點網路(Multi-point Network)。高接收器輸入阻抗至少允許連接三十二個節點。其接腳與常用的75176收發器相同，因此能夠直接從RS-485升級為SymPol。
SymPol收發器能夠使用120歐姆(Ω)特性阻抗且匹配終端電阻為RS-485和RS-422訊號處理標準電阻的相同雙絞電纜線(Twisted Pair Cabling)進行運作(圖3)。使用經過平衡調整的差動訊號處理，SymPol能夠達到既有標準的高抗擾性與低發射量。
 |
| 圖3 出現線路跨接A及B連線的SymPol網路。 |
圖4中左側的測試電路能夠使SymPol收發器的驅動功能符合RS-485在54歐姆下VOD為1.5伏特的指定最低差動輸出電壓需求，這等於兩個120歐姆終端電阻的平行電路減去10%。
 |
| 圖4 驅動器測試電路 |
右側的電路則針對各個匯流排線路在最高共模負載375歐姆下測試驅動能力，這等於連接匯流排的三十二組1單位負載(1UL)收發器所達到的負載總和。此外，SymPol收發器必須能夠在–7～+12伏特的共模電壓範圍驅動此負載，同時維持VOD為1.5伏特的最低差動輸出電壓。
SymPol訊號處理不支援SymPol收發器與RS-485收發器併用於混合收發器類型的網路，只有SymPol收發器才能夠相互通訊，如此不相容的原因在於SymPol與RS-485收發器間的驅動器輸出及接收器輸入範圍不同。
圖5中左側的配置圖比較SymPol驅動器差動輸出電壓範圍以及具有內部閒置匯流排防護功能的RS-485收發器輸入電壓閾值。由於接收器輸入閾值低於驅動器的VOD範圍，因此接收器輸出將持續表示邏輯高位準。
 |
| 圖5 SymPol與RS-485(左)及RS-485與SymPol(右)的訊號處理不相容。 |
左側的配置圖則比較RS-485驅動器差動輸出電壓範圍以及SymPol接收器輸入電壓閾值。雖然SymPol接收器的兩組比較器能夠正確偵測匯流排大電壓，不過比較器屬於相反極性，因此總是會使得接收器處於邏輯低位準。
對於由於訊號處理不相容而無法設置混合標準節點的其他任何網路安裝，SymPol網路必須單獨使用SymPol接收器。
不過，毋須任何軟體變更，就能夠以用於RS-485網路的相同高階網路通訊協定運作SymPol收發器網路。
線路設計變得更容易
德州儀器(TI)SN65HVD96之類的SymPol收發器能夠避免線路跨接故障所導致的資料錯誤，運作方式是偵測匯流排訊號的程度，而非其極性。SymPol支援100歐姆終端的低成本CAT5纜線以及120歐姆終端的高階RS-485纜線。
SymPol能夠讓專業、業餘和愛好設計的網路設計人員在極短的時間內設計出穩定的傳輸網路，而且，由於其訊號處理與RS-485不相容，因此SymPol網路能夠以運作RS-485網路所用的高階網路通訊協定加以運作。
(本文作者任職於德州儀器)