引言

本地互連網(wǎng)絡(luò) (LIN) 是汽車(chē)應(yīng)用中常用的通信協(xié)議。與其他外露的連接器一樣，LIN 接口也會(huì)受到靜電放電 (ESD) 的影響。設(shè)計(jì)具有保護(hù)二極管的 LIN 接口可為 LIN 收發(fā)器本身和相應(yīng)的下游總線元件提供保護(hù)。為提高系統(tǒng)級(jí)穩(wěn)健性來(lái)應(yīng)對(duì) ESD 沖擊，必須考慮 LIN 接口的特性，以便選擇正確的 ESD 二極管。

LIN 總線概述

LIN 是一種節(jié)省空間的低成本單線通信接口。LIN 數(shù)據(jù)線的速率不是關(guān)鍵因素，最高運(yùn)行速率為 20Kbit/s。LIN 儀表組由一個(gè)領(lǐng)導(dǎo)者節(jié)點(diǎn)和多達(dá) 15 個(gè)跟隨者節(jié)點(diǎn)組成，這些節(jié)點(diǎn)按 ISO 17897 標(biāo)準(zhǔn)連接到單條 LIN 線路上。LIN 總線偏置到汽車(chē)電池，通常為 12V。圖 1 展示了一個(gè) LIN 收發(fā)器節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)由汽車(chē)電池供電并連接到單條 LIN 線路。

圖 1 LIN 驅(qū)動(dòng)原理圖

ESD 的原因

ESD 普遍存在于具有外露連接器的任何環(huán)境中，尤其是具有 LIN 總線的環(huán)境。當(dāng) LIN 總線與外界接觸時(shí)，總線存在高壓沖擊風(fēng)險(xiǎn)。這種高壓沖擊或瞬態(tài)會(huì)損壞 LIN 收發(fā)器和下游元件。

圖 2 LIN 總線 ESD 事件

產(chǎn)品經(jīng)過(guò)工廠的裝配線后，電纜可能會(huì)積累過(guò)多的電荷。一旦將電纜連接到 LIN 總線，多余的電荷就會(huì)流入下游電路，從而造成永久性損壞。

對(duì)汽車(chē)進(jìn)行維護(hù)時(shí)，如果斷開(kāi)并重新連接電纜，也可能發(fā)生 ESD 事件。此外，多個(gè)電子控制單元 (ECU) 相互靠近，可能會(huì)引發(fā) ESD 沖擊?？傊?，LIN 總線會(huì)在各種情況下受到 ESD 影響，因此必須予以考慮。

ESD 保護(hù)要求

為保護(hù) LIN 系統(tǒng)，請(qǐng)使用以下關(guān)鍵參數(shù)列表。

• IEC 61000-4-2 等級(jí)：

  • IEC 61000-4-2 測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)定義了實(shí)際的 ESD 沖擊。該標(biāo)準(zhǔn)比人體放電模型 (HBM) 更加嚴(yán)格。LIN 收發(fā)器至少應(yīng)具有 HBM ESD 保護(hù)，即針對(duì)組裝和制造環(huán)境的元件級(jí)保護(hù)。但是，這些保護(hù)無(wú)法應(yīng)對(duì)在不受控制的最終用戶環(huán)境中遇到的系統(tǒng)級(jí) ESD。建議采用 IEC 61000-4-2 15kV 等級(jí)，同時(shí)還有高達(dá) 30kV 的更嚴(yán)格選項(xiàng)。
  • 有關(guān)詳細(xì)說(shuō)明，請(qǐng)參閱 靜電放電：人體放電模型與 IEC61000-4-2。

• 工作電壓：
  • LIN 總線不得超過(guò) ESD 二極管反向工作電壓 (V_RWM)。LIN 總線的工作電壓范圍為 9V 至 18V。為了降低電池快速啟動(dòng)不當(dāng)?shù)娘L(fēng)險(xiǎn)，當(dāng)兩個(gè) 12V 電池串聯(lián)時(shí)，需要 24V_RWM。此外，18 輪車(chē)等大型車(chē)輛使用 24V。
• 電容：
  • 在大多數(shù)應(yīng)用中，為實(shí)現(xiàn)正確的傳輸并盡量降低噪聲，LIN 跟隨器節(jié)點(diǎn)電容不得超過(guò) 220pF。為了實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)靈活性，建議選擇電容最小的二極管（建議最大值為 50pF）。
• 鉗位電壓：
  • 鉗位電壓必須小于 LIN 收發(fā)器的絕對(duì)最大額定電壓，通常最大為 ±45V。鉗位電壓是受保護(hù) IC 在 ESD 沖擊期間承受的壓降，因此鉗位電壓必須低于收發(fā)器的最大額定電壓。
• 極性：
  • 為避免由于電池接線故障使 LIN 總線上產(chǎn)生負(fù)直流電壓而導(dǎo)致?lián)p壞，需要使用雙向二極管。
• 漏電流：
  • LIN 收發(fā)器處于低功耗模式（如果適用）時(shí)，必須節(jié)能電能。建議使用較低的最大漏電流額定值，以便讓二極管在低于工作電壓運(yùn)行時(shí)節(jié)能電能。

表 1 列出了支持這些規(guī)格的器件。

系統(tǒng)級(jí)設(shè)計(jì)

TI 提供多種具有可靠規(guī)格的 ESD 二極管，適用于各種 LIN 用例。圖 3 展示了 TLIN1029A-Q1 與 ESD1LIN24-Q1 搭配使用的方框圖，演示了系統(tǒng)如何在汽車(chē)環(huán)境中提供系統(tǒng)級(jí) ESD 抗擾度。

圖 3 LIN 放置圖

在圖 3 中，二極管直接連接到 LIN 收發(fā)器的 LIN 數(shù)據(jù)線。為了正確保護(hù)電路，在設(shè)計(jì)規(guī)則允許的情況下，將二極管放置在盡可能靠近 ESD 源或連接器側(cè)的位置。ESD1LIN24-Q1 的鉗位電壓（值為 37V）處于 TLIN1029A-Q1 的絕對(duì)最大值 (45V) 范圍內(nèi)。二極管的 IEC 61000-4-2 30kV 等級(jí)可在 LIN 總線遭受?chē)?yán)重 ESD 沖擊時(shí)提供最高級(jí)別保護(hù)。

有關(guān) ESD 保護(hù)布局的更多信息，請(qǐng)參閱 ESD 封裝和布局指南。

總結(jié)

LIN 接口需要強(qiáng)大的 ESD 保護(hù)才能承受實(shí)際的 ESD 沖擊。選擇正確的二極管對(duì)于確保系統(tǒng)在發(fā)生高電壓瞬變事件時(shí)正常運(yùn)行至關(guān)重要，同時(shí)還能以低電容實(shí)現(xiàn) LIN 傳輸?shù)耐暾δ?。ESD7xx 和 ESD1LINxx 器件系列具有低鉗位電壓和高 ESD 等級(jí)，可為 LIN 總線接口提供 ESD 保護(hù)。表 1 列出了相應(yīng)的建議器件。

參考文獻(xiàn)

• 德州儀器 (TI)，LIN 協(xié)議和物理層要求，應(yīng)用手冊(cè)。
• 德州儀器 (TI)，系統(tǒng)級(jí) ESD 保護(hù)指南，營(yíng)銷(xiāo)選擇指南。