ZHCABM1 April 2022 ESD2CAN24-Q1 , ESD2CANFD24-Q1 , ESD2CANXL24-Q1 , TCAN1042-Q1 , TCAN1042G-Q1 , TCAN1042GV-Q1 , TCAN1042H-Q1 , TCAN1042HGV-Q1 , TCAN1042HV , TCAN1042HV-Q1 , TCAN1042V-Q1 , TCAN1043-Q1 , TCAN1043A-Q1 , TCAN1043G-Q1 , TCAN1044-Q1 , TCAN1044A-Q1 , TCAN1044AEV-Q1 , TCAN1046A-Q1 , TCAN1046AV-Q1 , TCAN1048AV-Q1 , TCAN1051-Q1 , TCAN1051GV-Q1 , TCAN1051H-Q1 , TCAN1051HGV-Q1 , TCAN1051HV-Q1 , TCAN1051V-Q1 , TCAN1057A-Q1 , TCAN1057AEV-Q1 , TCAN1145-Q1 , TCAN1146-Q1 , TCAN1162-Q1 , TCAN11623-Q1 , TCAN11625-Q1 , TCAN1164-Q1 , TCAN1167-Q1 , TCAN1462-Q1 , TCAN1463-Q1 , TCAN4550-Q1 , TCAN4551-Q1
控制器局域网 (CAN) 是许多汽车应用中广泛使用的通信协议。如同任何其他外露连接器接口,CAN 接口会发生高压瞬变事件,如静电放电 (ESD)。在 CAN 总线连接器上安装 ESD 保护二极管,不仅能够保护 CAN 收发器,还能够保护所有下游和相邻系统免受 ESD 耦合能量的影响。为了确保稳健的系统级保护,了解 CAN 总线的基本工作条件以及如何为 CAN 总线选择合适的 ESD 保护二极管非常重要。
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CAN 是一个双线差分通信接口,其物理层根据 ISO 11898-2 标准定义。该物理层包含 CAN 收发器和双绞线,后者将所有的 CAN 节点连接在一起。连接 CAN 收发器和电缆的两条线路被称为 CANH 和 CANL。另外,还建议用一个分裂终端来端接 CANH 和 CANL 线路,以避免信号反射和高频噪声。图 1-1 展示了典型的 CAN 总线设置。
CAN 协议可支持不同的速度。具体包括:
ESD 可能发生在任何有外露连接器的系统上,包括 CAN 总线接口。通常,这些连接器在汽车装配和维护时外露。例如,在装配一辆汽车时,需要将电缆布线与汽车中的控制模块相连,这样当它们穿过工厂时,这些模块上可能累积过量的电荷。在将这些电缆与装有 CAN 收发器的控制模块相连时,过量的电荷会从电缆流入模块,然后进入 CAN 收发器。根据工厂的环境条件和处理电缆布线的方式,这些放电可能高达 30kV,并永久地损坏 CAN 收发器,导致车辆无法操作。机修工对汽车执行维护时也可能发生这种情况,必须先断开连接,然后再重新连接此电缆布线。简而言之,只要在系统中处理电缆布线,就有发生 ESD 的风险。
许多 CAN 收发器具有内置的 ESD 保护单元,但是为了减小芯片尺寸,它们大多数只能保护到 8kV。如前文所述,根据不同环境,某些 ESD 冲击可能高达 30kV。因此,需要使用外部 ESD 保护二极管来提高系统级的 ESD 性能。以下是在选择正确的 ESD 保护二极管时需要考虑的主要事项和参数:
TI 提供名为 ESD2CANxx 器件的 ESD 二极管阵列,可在许多不同的环境中为不同类型 CAN 收发器提供保护。它们采用引线式双通道封装,具有专为 CAN 总线 ESD 保护设计的匹配电容。
此外,将 ESD2CAN24-Q1 与 TCAN1042V-Q1 CAN 收发器配对使用,演示了它在 12V 汽车环境中提供系统级 ESD 抗扰能力的方法。本实验中使用了两个电路板:一个电路板只有 TCAN1042V-Q1,另一个电路板同时装有 ESD2CAN24-Q1 和 TCAN1042V-Q1。
为测量信号完整性,两个电路板都采用 5V 电源,并在 TXD 引脚上强制施加 500kHz (1Mbps) 的数字信号,来模拟 HS CAN 环境。将一个示波器连接到 CANH(线路 1)、CANL(线路 2)、TXD(线路 3)和 RXD(线路 4),以观察结果。如图 4-2 和图 4-3 中的结果所示,ESD2CAN24-Q1 二极管根本不会降级 CANH 和 CANL 信号。
为测量系统级 ESD 抗扰能力,两个电路板的 CANH 和 CANL 引脚都受到了 +/-30kV ISO 10605 接触脉冲的冲击。因为 TCAN1042V-Q1 额定只能承受 8kV ISO 10605 脉冲,所以没有二极管的系统出现了故障。采用 ESD2CAN24-Q1 的系统则经受住了冲击,因为 ESD2CAN24-Q1 将脉冲限制在收发器可以承受的足够低的电压水平内。
要在汽车环境中正常运行,CAN 总线这种接口需要有非常强大的 ESD 保护解决方案。要确保系统不仅不会出现高压瞬变,而且要尽可能减少电容,以实现不受约束的信号传输,选择合适的保护二极管是不可或缺的一部分。TI 的 ESD2CANxx 器件具有高 ESD 等级和低电容,可以为 CAN 总线接口提供出色的 ESD 保护。有关器件建议,请参阅表 5-1。
器件 | Vrwm | IEC 61000-4-2/ISO 10605 等级(接触) | 电容 | 封装 | 支持的协议 |
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ESD2CAN24-Q1 | ±24V | 30kV/30kV | 3pF | SOT-23、SC70 | LS CAN、HS CAN、CAN FD、CAN SIC |