LIN接口靜電放電防護方案

LIN接口靜電放電防護方案

方案簡介

LIN數(shù)據(jù)線是Local Interconnect Network（局部互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)）的簡稱，是一種專為汽車分布式電子系統(tǒng)設(shè)計的低成本串行通信機制。LIN總線的目的是現(xiàn)有汽車網(wǎng)絡(luò)（比如CAN總線通訊）提供輔助功能，在不需要CAN總線的寬帶和多功能的場合下，使用LIN總線能夠大大地節(jié)約成本。常用于連接車輛中的各種控制單元，如傳感器、執(zhí)行器和其他電子設(shè)備，實現(xiàn)如門控制、窗戶控制、座椅控制等車輛內(nèi)部的基本功能。這些功能對數(shù)據(jù)傳輸的實時性和帶寬要求不高，因此LIN總線成為了一個理想的選擇。

由于LIN總線接口連接器外露于外部環(huán)境中，容易受到靜電放電（ESD）的影響。因此，電子工程師需要設(shè)計具有保護二極管的LIN接口，以為LIN收發(fā)器本身和相應(yīng)的下游總線元件提供保護。此方案采用雙向非對稱ESD靜電保護元器件，具有導(dǎo)通電壓精度高、響應(yīng)速度快、寄生電容值低、鉗位電壓低的特性，在不影響數(shù)據(jù)傳輸?shù)那疤嵯聺M足IEC61000-4-2 Level 4靜電放電防護需求，且做到成本最優(yōu)化。

LIN總線工作原理

LIN 是一種經(jīng)濟高效的單線通信接口，優(yōu)點在于減少空間占用。其數(shù)據(jù)傳輸速率不是關(guān)鍵因素，最高運行可達(dá)20Kbit/s。LIN儀表系統(tǒng)架構(gòu)包含一個主導(dǎo)節(jié)點與最多15個從屬節(jié)點，它們遵循ISO 17897標(biāo)準(zhǔn)，共同連接至同一條LIN總線上。此總線系統(tǒng)以車輛電池（通常為12V）為偏置電源。下圖直觀呈現(xiàn)了LIN收發(fā)器節(jié)點，該節(jié)點直接由汽車電池供電，并通過單條LIN線路實現(xiàn)連接。

LIN報文幀由幀頭（Hearder）與應(yīng)答（Response）兩部分組成。如下圖所示，傳輸過程中，主機節(jié)點負(fù)責(zé)發(fā)送幀頭；從機節(jié)點負(fù)責(zé)接收幀頭，然后作出解析決定發(fā)送應(yīng)答，還是接收應(yīng)答或不回復(fù)。

LIN總線主要負(fù)責(zé)如下任務(wù)：

調(diào)度總線上幀的傳輸次序；

監(jiān)測數(shù)據(jù)，處理錯誤；

作為標(biāo)準(zhǔn)時鐘參考；

接收從機節(jié)點發(fā)出的總線喚醒命令；

從機任務(wù)不能直接向總線發(fā)送數(shù)據(jù)，需要接受到主節(jié)點發(fā)送的幀頭后，根據(jù)幀頭所包含的信息來判斷。

LIN接口的ESD保護要求

在為LIN總線選擇ESD保護器件時我們需要考慮如下要求：

IEC 61000-4-2 等級：

IEC 61000-4-2 測試標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了實際的靜電放電（ESD）的沖擊力，它比常見的人體放電模型（HBM）更為嚴(yán)格。對于LIN收發(fā)器這類元件，它們至少需要具備能在組裝和制造過程中防止HBM靜電沖擊的保護能力，但是這樣的保護水平可能不足以應(yīng)對用戶日常使用環(huán)境下可能遇到的系統(tǒng)級ESD問題。因此，推薦使用IEC 61000-4-2標(biāo)準(zhǔn)中15kV的防護等級，如果有更高要求，還可以選擇30kV的更高防護等級來應(yīng)對更嚴(yán)峻的靜電挑戰(zhàn)。

工作電壓：

LIN 總線不得超過 ESD 二極管反向工作電壓 (VRWM)。LIN 總線的工作電壓范圍為 9V 至 18V。為了降低電池快速啟動不當(dāng)?shù)娘L(fēng)險，當(dāng)兩個 12V 電池串聯(lián)時，需要 24VRWM。此外，18 輪車等大型車輛使用 24V。

電容：

在大多數(shù)應(yīng)用中，為實現(xiàn)正確的傳輸并盡量降低噪聲，LIN 跟隨器節(jié)點電容不得超過 220pF。為了實現(xiàn)設(shè)計靈活性，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)器的絕對最大額定電壓，通常最大為 ±45V。鉗位電壓是受保護 IC 在 ESD 沖擊期間承受的壓降，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，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行時節(jié)約電能。

應(yīng)用示例

我們?yōu)長IN總線推薦一種單路非對稱ESD防護器件SENC1524，其Pin1到Pin2的工作電壓為15V，IPP為12A，鉗位電壓為28V；Pin2到Pin1的工作電壓為24V，IPP為8A，鉗位電壓為48V。符合IEC 61000-4-2 (ESD) 規(guī)范，可在 ±30kV（空氣）和 ±30kV（接觸）下提供瞬變保護。

型號參數(shù)

電氣特性表

At TA = 25℃ unless otherwise noted

總結(jié)與結(jié)論

由于LIN總線廣泛應(yīng)用于汽車內(nèi)部多個電子控制單元之間的低成本高效率的通信，所以選擇正確的ESD保護器件在車輛控制領(lǐng)域十分重要。ELECSUPER SEMI研發(fā)各種低電容低鉗位電壓的ESD和TVS保護器件，包含常規(guī)級和車規(guī)級，可按照客戶需求性能與封裝提供定制化開發(fā)服務(wù)，為各種接口及通信線路提供值得信賴的保護器件。以上解決方案是保護LIN總線的優(yōu)選之策，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽颗c穩(wěn)定。