引言

本地互連網絡 (LIN) 是汽車應用中常用的通信協議。與其他外露的連接器一樣，LIN 接口也會受到靜電放電 (ESD) 的影響。設計具有保護二極管的 LIN 接口可為 LIN 收發器本身和相應的下游總線元件提供保護。為提高系統級穩健性來應對 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 是一種節省空間的低成本單線通信接口。LIN 數據線的速率不是關鍵因素，最高運行速率為 20Kbit/s。LIN 儀表組由一個領導者節點和多達 15 個跟隨者節點組成，這些節點按 ISO 17897 標準連接到單條 LIN 線路上。LIN 總線偏置到汽車電池，通常為 12V。圖 1 展示了一個 LIN 收發器節點，該節點由汽車電池供電并連接到單條 LIN 線路。

圖 1 LIN 驅動原理圖

ESD 的原因

ESD 普遍存在于具有外露連接器的任何環境中，尤其是具有 LIN 總線的環境。當 LIN 總線與外界接觸時，總線存在高壓沖擊風險。這種高壓沖擊或瞬態會損壞 LIN 收發器和下游元件。

圖 2 LIN 總線 ESD 事件

產品經過工廠的裝配線后，電纜可能會積累過多的電荷。一旦將電纜連接到 LIN 總線，多余的電荷就會流入下游電路，從而造成永久性損壞。

對汽車進行維護時，如果斷開并重新連接電纜，也可能發生 ESD 事件。此外，多個電子控制單元 (ECU) 相互靠近，可能會引發 ESD 沖擊。總之，LIN 總線會在各種情況下受到 ESD 影響，因此必須予以考慮。

ESD 保護要求

為保護 LIN 系統，請使用以下關鍵參數列表。

• IEC 61000-4-2 等級：

  • IEC 61000-4-2 測試標準定義了實際的 ESD 沖擊。該標準比人體放電模型 (HBM) 更加嚴格。LIN 收發器至少應具有 HBM ESD 保護，即針對組裝和制造環境的元件級保護。但是，這些保護無法應對在不受控制的最終用戶環境中遇到的系統級 ESD。建議采用 IEC 61000-4-2 15kV 等級，同時還有高達 30kV 的更嚴格選項。
  • 有關詳細說明，請參閱 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 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不當的風險，當兩個 12V 電池串聯時，需要 24V_RWM。此外，18 輪車等大型車輛使用 24V。
• 電容：
  • 在大多數應用中，為實現正確的傳輸并盡量降低噪聲，LIN 跟隨器節點電容不得超過 220pF。為了實現設計靈活性，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，因此鉗位電壓必須低于收發器的最大額定電壓。
• 極性：
  • 為避免由于電池接線故障使 LIN 總線上產生負直流電壓而導致損壞，需要使用雙向二極管。
• 漏電流：
  • LIN 收發器處于低功耗模式（如果適用）時，必須節能電能。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行時節能電能。

表 1 列出了支持這些規格的器件。

系統級設計

TI 提供多種具有可靠規格的 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，演示了系統如何在汽車環境中提供系統級 ESD 抗擾度。

圖 3 LIN 放置圖

在圖 3 中，二極管直接連接到 LIN 收發器的 LIN 數據線。為了正確保護電路，在設計規則允許的情況下，將二極管放置在盡可能靠近 ESD 源或連接器側的位置。ESD1LIN24-Q1 的鉗位電壓（值為 37V）處于 TLIN1029A-Q1 的絕對最大值 (45V) 范圍內。二極管的 IEC 61000-4-2 30kV 等級可在 LIN 總線遭受嚴重 ESD 沖擊時提供最高級別保護。

有關 ESD 保護布局的更多信息，請參閱 ESD 封裝和布局指南。

總結

LIN 接口需要強大的 ESD 保護才能承受實際的 ESD 沖擊。選擇正確的二極管對于確保系統在發生高電壓瞬變事件時正常運行至關重要，同時還能以低電容實現 LIN 傳輸的完整功能。ESD7xx 和 ESD1LINxx 器件系列具有低鉗位電壓和高 ESD 等級，可為 LIN 總線接口提供 ESD 保護。表 1 列出了相應的建議器件。

參考文獻

• 德州儀器 (TI)，LIN 協議和物理層要求，應用手冊。
• 德州儀器 (TI)，系統級 ESD 保護指南，營銷選擇指南。