CAN/CAN FD接口的ESD防护保护方案
引言：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，只要在系统中处理电缆布线，就有发生esd的风险。
1.can/can fd基础
can
控制器局域网 (can)
是许多汽车应用中广泛使用的通信协议，它是一个双线差分通信接口，通常使用双线、双绞线电缆来传输和接收串行数据，其物理层根据iso
11898-2标准定义。物理层包含can收发器和双绞线，can收发器在网络中的协议控制器和物理总线线路之间提供物理链路，双绞线将所有的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，canl是低can总线线路，在普通运行模式下，显性态的值约为1.4v，隐性态的值为5v。在低功率模式下，canl的电压等于电池电压。canh是高can总线线路，在典型运行模式下，显性态的值约为3.6v，隐性态的值以及低功率模式下的值为0v。另外，还建议用一个终端电阻来端接canh和canl线路，以避免信号反射和高频噪声。
高速can(iso 11898的第2、5和6部分)指定传输速率最高为1mbit/s，低速容错can(iso
11898的第3部分)指定速率最高为500kbit/s。容错通常意味着，在错误情况下，收发器可从差分接收和发送能力切换为单线发射器和/或接收器，这意味着最大单端(容错)总线电压为+12v，差分总线电压为−12v。
can fd
由于需要传输和接收更多数据，汽车网络中使用的ecu也越来越多，因此限制为1 mbit/s的传统can网络不足以适应未来需求。can
fd是can物理层的更新，主要区别在于灵活的数据速率，最高可达10mbit/s，2mbit/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。
图4-1：can系统架构，带有单个设备来保护can节点
如同任何其他外露连接器接口，can/can
fd接口会发生如静电放电等高压瞬变事件，在can总线连接器上安装esd保护二极管，外部钳位电路可应用于canh和canl线路，保护两条can总线线路免受esd及其他瞬变现象造成的损坏，以扩展网络的esd耐受性。不仅能够保护can收发器正常通信，还能够保护所有下游和相邻系统免受esd耦合能量的影响。
tips：
can协议可支持不同的速度，具体包括：
1：低速 (ls can)：高达125kbps
2：高速 (hs can)：高达1mbps
3：灵活数据速率 (can fd)：高达10mbps
4：具有信号改善功能的 can (can sic)：高达8mbps
5：can xl：高达10-20mbps(尚未发布)
2.esd保护要求
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。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：
1：工作电压 (vrwm) 和极性
二极管的vrwm
取决于使用它们的场景，在理想条件下，can总线电压电平在canh的vcc(5v或3.3v)和canl的0v之间摆动，但是在车辆中有一种取决于电池电压的共模电压。小型车辆使用12v电池，大型车辆使用24v电池。除了共模电压外，如果汽车电池几乎没有电量，还会出现不正常的借电启动风险。要正确地借电启动车辆，需将另一辆车的电池与无电电池并连。不了解这点的人可能会将两个电池串连，将汽车的整体电压加倍。在12v电池的情况下，需要使用24v
esd二极管，以确保在这种串联借电启动的情况下，它不会烧掉。在使用由两块12v单元组成的24v电池时，需要使用一个36v二极管，因为这两个电池单元将分别充电，考虑到线路故障和误接线，所有二极管都需要是双向二极管。
此外，由于can网络可能短路接至电压源，例如汽车电池，因此canl和canh线路上的esd保护器件必须能够耐受更高电压电平。在快速启动条件下，或者如果有两个12v电池串联，这意味着至少需要2×12v=24v的截止电压vrwm。
2：iec 61000-4-2等级
iec 61000-4-2标准定义了模拟实际esd冲击的波形，与模拟受控环境中esd事件的人体放电模型(hbm) 和充电器件模型 (cdm)
等波形不同，某些环境因素(比如湿度和温度)会使esd冲击更加剧烈，建议至少使用最小接触等级为15kv的esd二极管。
3：iso 10605等级
iso 10605标准定义了一种模拟汽车环境中实际esd冲击的波形，此波形定义了许多不同的电容和电阻组合，与只需要150pf/330Ω的iec
61000-4-2不同，这些组合的最大强度为330pf/330Ω，这比iec61000-4-2波形更加剧烈。要在严酷的汽车环境中经受住esd冲击，建议esd二极管的最小接触等级为15kv。
4：电容
esd二极管应具有低电容，以尽可能减少信号衰减，二极管最大允许结电容可能因信号速度(ls can与can
fd)、收发器电容、网络规模和canh、canl线路上的其他器件(如滤波电容器)而异，通常建议将二极管电容保持在15pf以下，以尽可能提高系统的总电容预算。
5：钳位电压vcl
钳位电压要求可能因使用的can收发器而异，钳位电压vcl应当低于canh和canl引脚的绝对最大等级耐压值。
6：封装
对于can应用，许多系统需要对其电路板进行自动光学检查，以确认所有器件都已正确焊接，考虑到这一点，建议对esd二极管使用引线式封装，如sot-23和sc70。
3.esd保护实例
将esd2can24-q1与tcan1042v-q1
can收发器配对使用，演示了其如何在12v汽车环境中提供系统级esd抗扰能力。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-q1二极管根本不会劣化canh和canl信号。
图4-2：无二极管
图4-3：有esd二极管
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。
4.总结
为了确保稳健的系统级保护，满足汽车在各类环境中正常运行，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，can和can
fd推荐表4-1和表4-2参数。
表4-1：lin总线esd/tvs diode选型参数参考
表4-2：lin总线esd/tvs diode选型参数参考
汽车网络安全机制关键技术
新乐视发展思路已定,聚焦大屏生态，乐视电视进入融创项目
无线充电效率测量解决方案
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STM32的基本知识
CAN/CAN FD接口的ESD防护保护方案
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SC5103接口可pin对pin兼容TLK1501
采用ZigBee技术与CC2430设计的需求响应系统
气敏传感器原理
三菱PLC FX5U转OPC UA对接上位机应用于智能制造
由LM317组成的可调稳压电源的制作,LM317 Adjustable power supply
基于低功耗物联网的仓库货架在线监测系统方法
流程图软件哪款最好用？Visio还是亿图图示？
2020年上半年，华为消费者业务手机全球出货量为1.05亿部！
工程师面试被拒的真实经历
1.can/can fd基础
can
控制器局域网 (can)
是许多汽车应用中广泛使用的通信协议，它是一个双线差分通信接口，通常使用双线、双绞线电缆来传输和接收串行数据，其物理层根据iso
11898-2标准定义。物理层包含can收发器和双绞线，can收发器在网络中的协议控制器和物理总线线路之间提供物理链路，双绞线将所有的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，canl是低can总线线路，在普通运行模式下，显性态的值约为1.4v，隐性态的值为5v。在低功率模式下，canl的电压等于电池电压。canh是高can总线线路，在典型运行模式下，显性态的值约为3.6v，隐性态的值以及低功率模式下的值为0v。另外，还建议用一个终端电阻来端接canh和canl线路，以避免信号反射和高频噪声。
高速can(iso 11898的第2、5和6部分)指定传输速率最高为1mbit/s，低速容错can(iso
11898的第3部分)指定速率最高为500kbit/s。容错通常意味着，在错误情况下，收发器可从差分接收和发送能力切换为单线发射器和/或接收器，这意味着最大单端(容错)总线电压为+12v，差分总线电压为−12v。
can fd
由于需要传输和接收更多数据，汽车网络中使用的ecu也越来越多，因此限制为1 mbit/s的传统can网络不足以适应未来需求。can
fd是can物理层的更新，主要区别在于灵活的数据速率，最高可达10mbit/s，2mbit/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。
图4-1：can系统架构，带有单个设备来保护can节点
如同任何其他外露连接器接口，can/can
fd接口会发生如静电放电等高压瞬变事件，在can总线连接器上安装esd保护二极管，外部钳位电路可应用于canh和canl线路，保护两条can总线线路免受esd及其他瞬变现象造成的损坏，以扩展网络的esd耐受性。不仅能够保护can收发器正常通信，还能够保护所有下游和相邻系统免受esd耦合能量的影响。
tips：
can协议可支持不同的速度，具体包括：
1：低速 (ls can)：高达125kbps
2：高速 (hs can)：高达1mbps
3：灵活数据速率 (can fd)：高达10mbps
4：具有信号改善功能的 can (can sic)：高达8mbps
5：can xl：高达10-20mbps(尚未发布)
2.esd保护要求
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。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：
1：工作电压 (vrwm) 和极性
二极管的vrwm
取决于使用它们的场景，在理想条件下，can总线电压电平在canh的vcc(5v或3.3v)和canl的0v之间摆动，但是在车辆中有一种取决于电池电压的共模电压。小型车辆使用12v电池，大型车辆使用24v电池。除了共模电压外，如果汽车电池几乎没有电量，还会出现不正常的借电启动风险。要正确地借电启动车辆，需将另一辆车的电池与无电电池并连。不了解这点的人可能会将两个电池串连，将汽车的整体电压加倍。在12v电池的情况下，需要使用24v
esd二极管，以确保在这种串联借电启动的情况下，它不会烧掉。在使用由两块12v单元组成的24v电池时，需要使用一个36v二极管，因为这两个电池单元将分别充电，考虑到线路故障和误接线，所有二极管都需要是双向二极管。
此外，由于can网络可能短路接至电压源，例如汽车电池，因此canl和canh线路上的esd保护器件必须能够耐受更高电压电平。在快速启动条件下，或者如果有两个12v电池串联，这意味着至少需要2×12v=24v的截止电压vrwm。
2：iec 61000-4-2等级
iec 61000-4-2标准定义了模拟实际esd冲击的波形，与模拟受控环境中esd事件的人体放电模型(hbm) 和充电器件模型 (cdm)
等波形不同，某些环境因素(比如湿度和温度)会使esd冲击更加剧烈，建议至少使用最小接触等级为15kv的esd二极管。
3：iso 10605等级
iso 10605标准定义了一种模拟汽车环境中实际esd冲击的波形，此波形定义了许多不同的电容和电阻组合，与只需要150pf/330Ω的iec
61000-4-2不同，这些组合的最大强度为330pf/330Ω，这比iec61000-4-2波形更加剧烈。要在严酷的汽车环境中经受住esd冲击，建议esd二极管的最小接触等级为15kv。
4：电容
esd二极管应具有低电容，以尽可能减少信号衰减，二极管最大允许结电容可能因信号速度(ls can与can
fd)、收发器电容、网络规模和canh、canl线路上的其他器件(如滤波电容器)而异，通常建议将二极管电容保持在15pf以下，以尽可能提高系统的总电容预算。
5：钳位电压vcl
钳位电压要求可能因使用的can收发器而异，钳位电压vcl应当低于canh和canl引脚的绝对最大等级耐压值。
6：封装
对于can应用，许多系统需要对其电路板进行自动光学检查，以确认所有器件都已正确焊接，考虑到这一点，建议对esd二极管使用引线式封装，如sot-23和sc70。
3.esd保护实例
将esd2can24-q1与tcan1042v-q1
can收发器配对使用，演示了其如何在12v汽车环境中提供系统级esd抗扰能力。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-q1二极管根本不会劣化canh和canl信号。
图4-2：无二极管
图4-3：有esd二极管
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。
4.总结
为了确保稳健的系统级保护，满足汽车在各类环境中正常运行，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，can和can
fd推荐表4-1和表4-2参数。
表4-1：lin总线esd/tvs diode选型参数参考
表4-2：lin总线esd/tvs diode选型参数参考
汽车网络安全机制关键技术
新乐视发展思路已定,聚焦大屏生态，乐视电视进入融创项目
无线充电效率测量解决方案
天合储能携手行业专家共筑储能产业新生态
STM32的基本知识
CAN/CAN FD接口的ESD防护保护方案
苹果三星专利诉讼,三星赢了官司,却败在他手
工信部对电子行业14项行业标准和26项国家标准进行报批公示
人工智能用于医疗行业 内镜医生的第三只眼
Make：it机器人入门套件的说明
告别卡顿!大运存手机推荐:小米6,一加5,荣耀9和小米mix2你打算入手哪一款?
SC5103接口可pin对pin兼容TLK1501
采用ZigBee技术与CC2430设计的需求响应系统
气敏传感器原理
三菱PLC FX5U转OPC UA对接上位机应用于智能制造
由LM317组成的可调稳压电源的制作,LM317 Adjustable power supply
基于低功耗物联网的仓库货架在线监测系统方法
流程图软件哪款最好用？Visio还是亿图图示？
2020年上半年，华为消费者业务手机全球出货量为1.05亿部！
工程师面试被拒的真实经历