适合CAN-FD的ESD保护

人们对驾驶旅行和人车交互的预期发生了显著变化。因此,连接增加、自动驾驶、电气化等大趋势推动了汽车线束的革新,也增加了对高速数据传输和带宽的需求,旨在实现高级驾驶员辅助系统。所有这些线束必须受到保护,防止受到ESD尖峰和电涌损坏。

传统的集线器和车载网络经历了一场重大革新。经典的平坦架构线束正在转变为领域和区域架构,以汽车以太网作为骨干网(请参见“SEED提供符合开放技术联盟标准的ESD保护”)。但是,外设总线仍然需要传输更多数据,因而新版本的现有协议被应用到车载网络中。CAN总线与车载网络密不可分,但在CAN-FD(灵活数据)发布之前,CAN仅能达到1 MB/s的数据传输速率,而CAN-FD的数据传输速率则达到12 MB/s,提供未来ADAS应用必需的关键优势。

车载网络的区域架构
车载网络的区域架构
包含ESD保护器件的CAN (FD)应用电路图

2 Mbit/s是典型的数据传输速率限制,适用于不需要更高数据速率的许多应用。CAN FD使用的差分信号电平与高速CAN相同。通过缩短发送消息中的显性和隐性状态,可以提高数据速率。此技术增加了对物理层的要求,随着系统在EMC和ESD方面变得更加敏感,它需要更多的分立式ESD保护器件,将系统ESD稳健性提高到可靠的水平。

除了达到汽车OEM的要求之外,ESD保护器件还必须符合IEC61000-4-2或ISO10605等针对汽车的行业标准。对于CAN (FD)总线,ESD保护器件必须能够耐受电池短路和跳线,符合ISO16750-2标准(26 V)或内部规范(28 V)。CAN收发器也必须符合IEC62228-3标准(辐射、抗扰:DPI、脉冲、ESD)。此外,CAN还要符合一些常见要求,例如二极管电容为17 pF至30pF(最大值),CAN-FD二极管电容为6 pF至10 pF,因为数据速率更高,信号完整性更高,另外还有电容匹配。因此,Nexperia对IVN产品系列进行了改进,开发了专门针对CAN-FD要求量身定制的新一代产品。新的PESD2CANFDx系列提供不同的电压、电容和封装配置,达到AEC-Q101标准的2倍。

CAN FD的节省空间的ESD保护

无引脚的优势

与经典SOT封装相比,采用DFN封装的无引脚CAN-FD的优势不仅只是节省大量PCB空间,还在于改进信号完整性,这一点对于SSD保护至关重要。对于信号完整性而言,布线是一个关键点。虽然寄生电容会降低信号质量,但在电容非常小的情况下,用于连接封装的布线将起到重要作用。根据符合信号完整性设计的最佳实践得到的最重要的结论是:避免开关层,避免使用短截线。

S参数是衡量信号完整性的常见方式。所示参数为差分插入损耗(S21dd)、回波损耗(S11dd)和差模共模转换(S21dc)。以下测量是使用VNA进行的,系统已对探头尖进行了校准,因此未对引脚封装前后的走线去嵌。图3显示了相同的布线方案,其中PESD2CANFD24V-T采用SOT23封装,PESD2CANFD24V-QB采用DFN1110D-3封装,二者的最大二极管电容均为6 pF,虚线表示未封装时的直接走线用例。可以看到,封装为空时非常相似的性能,在安装了器件之后开始出现偏差。此处的SOT23封装的引脚为短截线,封装内部的结构更大,从而增加了寄生效应。因此,与有引脚封装相比,DFN解决方案展示了更好的信号完整性,特别是在插入损耗(IL)和差模共模转换(MC)方面。

无引脚PESD2CANFD24V-T和PESD2CANFD24V-QB的S参数比较。
无引脚PESD2CANFD24V-T和PESD2CANFD24V-QB的S参数比较。

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