汽车自问世以来已经取得了很大的进步。现代汽车包括自动驾驶和半自动驾驶、防抱死制动系统、电动助力转向、前后碰撞预警、车道辅助、自动泊车辅助和自动紧急制动。先进的功能，如GPS导航，室内情绪照明，环视摄像头，先进的信息娱乐系统，有源天线是大多数现代汽车的标准。
车辆的每个功能通常由一个单独的电子控制单元(ECU)监控和控制。在一辆现代汽车中，大约有50 - 100个ECU，每个ECU负责一个或多个功能。ECU与多个传感器一起工作，如发动机温度传感器、气压传感器、门传感器等。它从传感器接收信息，并相应地调整控制下的车辆参数。有时，一个ECU可能需要与其他ECU通信以执行指定的功能。例如，如果您忘记您的车钥匙在点火开关，相应的发动机控制ECU与车门ECU通信，以保持车门打开和扬声器ECU发出警报。
ECU通过CAN总线通信
有几种车载网络(IVN)协议用于车辆内部ecu之间的数据传输。现代汽车中最流行的通信机制是CAN总线。它是一种双向串行通信总线，允许ecu进行通信而不使用任何复杂的布线。数据传输使用特性阻抗为120Ω的双绞线。其中一根导线称为CAN_Low (CAN_L)，另一根称为CAN_High (CAN_H)，其数据传输速率为1Mbit/s。ECU通过CAN控制器连接到CAN总线，类似于处理所有必要数据处理活动的微控制器。在CAN控制器和CAN总线之间有一个CAN收发器。它将晶体管-晶体管逻辑(TTL)信号转换为实际的差分电压信号，供CAN总线读取和解释。CAN总线体系结构如图1所示。
图1。汽车CAN总线体系结构
CAN总线的瞬态保护
当在50到100个ecu的恶劣汽车环境中设计CAN接口系统时，确保对电气过度应力事件(EOS)的充分保护是非常必要的。EOS的主要原因之一是静电放电(ESD)。此外，随着电子元器件的小型化，保护元器件免受ESD威胁，满足现代汽车的安全性和可靠性要求变得更加重要。
瞬态保护可以通过在can总线数据线上放置一个瞬态电压抑制(TVS)二极管来实现，以在不到纳秒的时间内保护快速上升期间的瞬态事件。在正常工作条件下，TVS二极管向受保护电路呈现高阻抗路径，因此设备显示为开路电路。它不会干扰电路的其他部分。在瞬态事件中，受保护的CAN收发器终端上的电压可能超过安全操作极限。TVS二极管通过提供低阻抗路径提供保护，使瞬态电流从收发电路分流。在假定ESD事件时，TVS二极管恢复到高阻抗状态。
如前所述，CAN总线由CAN_H和CAN_L两根电线组成。传输任何数据时，CAN_H达到3.75V。同时，CAN_L降至1.25V。当CAN总线不传输任何数据时，CAN_H和CAN_L都保持在2.5V。但我们必须记住，汽车通常使用12V电池。虽然启动通常使用12V电池，但某些服务车辆使用24V电池。因此，选择TVS二极管的第一个标准是反向工作最大电压(VRWM)，如果汽车的12V电池需要在紧急情况下从24V电池启动，该电压应足以保护CAN接收器。在选择TVS二极管时需要考虑的另一个参数是最小击穿电压或VBR。它是TVS二极管在任何瞬态场景下开始传导产品数据表中提到的泄漏电流时的电压。Semtech的µClamp2424PWQ(如图2所示)是一个四通道设备，它可以保护can总线体系结构中的两组CAN_H和CAN_L。Clamp2424PWQ的工作电压为24V，最小击穿电压为26.5V。这些电压足以保护CAN收发器，即使车辆需要启动。
图2。CAN总线系统可能的ESD保护选项
现在让我们谈谈另一个重要的参数称为箝位电压或VCLAMP。VCLAMP是一个TVS二极管的电压，出现在设备的最大峰值脉冲电流额定值。VCLAMP决定了设备在瞬态事件中所承受的电压。较低的夹紧电压适用于CAN总线系统或任何其他系统的保护。Clamp2424PWQ的典型夹紧电压为44V，最大峰值电流为5A。每条设备线路额定的最大EOS电流为5A (tp = 8/20μs)。
CAN_H和CAN_L线携带差分信号，最大数据速率为1Mbps。由于它们是高速差分数据线，TVS二极管应该在瞬态事件中保护电路，同时通过保持非常低的线对线电容来确保信号完整性。Clamp2424PWQ线与地面之间的电容极低，为15pF (typ)和18pF (max)。这一事实使它成为一个合适的候选人，以保护CAN收发器而不破坏信号完整性。
符合IEC61000-4-2四级标准和AEC-Q认证也是汽车系统设计的强制性要求。根据IEC 61000-4-2标准，Clamp2424PWQ对±30kV(空气)和±30kV(接触)的ESD事件提供瞬态保护。该设备采用DFN (2.5x1.0x0.55mm)封装，具有最先进的侧可湿侧翼，用于自动视觉检查(AVI)后组装。图3为Clamp2424PWQ芯片的特征。
图3。的特性µClamp2424PWQ
结论
Semtech是保护世界上许多高速汽车通信总线的电视二极管的领先制造商。在恶劣的汽车环境中，精心设计和适当的TVS二极管对保护通信总线和接口至关重要。Semtech能够良好的运行和可靠的电视产品组合保护高速汽车CAN总线以及其他通信总线。了解更多关于Semtech为汽车行业提供的产品，请访问我们的网站。
