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CAN静电放电防护方案

方案简介

CAN总线，是一种广泛应用的现场总线技术。最初被设计用于汽车环境中的微控制器通讯，用于在车载各电子控制装置（ECU）之间交换信息，形成汽车电子控制网络。随着技术的发展，CAN技术为分布控制系统或集散控制系统提供了一条新思路，特别是在现代汽车越来越多地采用电子装置控制，如发动机的定时、注油控制，加速、刹车控制（ASC）及其他的复杂控制系统等等。

CAN总线的应用范围广，应用环境相当复杂，需要在恶劣电磁环境下工作，静电放电、感应电压及其它电磁干扰现象导致的较大瞬态电压会损坏通信端口，导致车辆无法操作。此方案采用集成两路双向的ESD器件或1路双向的TVS器件，具有封装体积小、响应速度快、结电容低（数据传输、带载量影响小）的优势，保护CAN总线免受静电干扰。


CAN总线概述

CAN总线是一种基于双线差分信号传输的通信接口，其物理层标准严格遵循ISO 11898-2规范。这一物理层架构主要由CAN收发器和一对双绞线构成，这两根线将所有CAN网络上的节点紧密连接在一起，实现高效的数据通信。
在CAN网络中，连接CAN收发器与通信电缆的两条关键线路分别被标识为CANH（高电平线）和CANL（低电平线）。这两条线路通过差分信号传输信息，即利用CANH与CANL之间的电压差来表示逻辑状态，这种方式增强了信号的抗干扰能力和传输距离。
CAN总线典型应用如图所示：
CAN 协议可支持不同的速度。具体包括：
• 低速 (LS CAN)：高达 125kbps
• 高速 (HS CAN)：高达 1Mbps
• 灵活数据速率 (CAN FD)：高达 5Mbps
• 具有信号改善功能的 CAN (CAN SIC)：高达 8Mbps
• CAN XL：高达 10-20 Mbps（尚未发布）

应用实例

  方案一： 

我们同时推荐SENC23T24V2BD和SENC23T24V2BC作为CAN总线的防护器件，这是两款用于防止静电放电、过压等瞬态事件ESD防护器件。两款器件内部都集成了两路对称电压24V的ESD防护器件，采用引线式双通道封装，具有专为 CAN 总线 ESD 保护设计的匹配电容。两款器件电气特性相似，封装相同，其中SENC23T24V2BD防护性能更优异，峰值功率(Ppk 680W)和峰值电流（IPP 16A）更高。
SENC23T24V2BC本身寄生电容仅为18pf，IPP（峰值脉冲电流）为8A，钳位电压为42V；SENC23T24V2BD本身寄生电容仅为36pf，IPP（峰值脉冲电流）为16A，钳位电压为42V。超低的钳位电压可为主芯片提供极优的静电保护效果，两款都符合IEC 61000-4-2 (ESD) Level 4规范，在 ±15kV（空气）和 ±8kV（接触）下提供瞬变保护，客户可根据接口实际性能进行选取。
 

方案二：

我们为CAN总线防护提供了另一种防护方案，在CANH和CANL两条线上分别加上一个TVS（瞬态电压抑制二极管），型号为SMAJ24CA。该器件响应速度快、钳位电压低，其钳位电压仅为38.9V，能迅速将静电放电能量引导至地，将电压钳制在安全范围内，可保护CAN总线免受静电放电（ESD）和浪涌事件的冲击与干扰。

型号参数

规格型号

方向

工作电压(V)

IPP(A)

钳位电压(V)

结电容(pF)

Package

SENC23T24V2BC

Bi.

24

8

42

18

SOT-23

SENC23T24V2BD

Bi.

24

16

42

36

SOT-23

SMAJ24CA

Bi.

24

10.3

38.9

-

SMA

电气特性表

At TA = 25℃ unless otherwise noted

Parameter

Symbol

Conditions

Min.

Typ.

Max.

Units

Reverse Stand-off Voltage

VRWM

 

 

 

24.0

V

Reverse Breakdown Voltage

VBR

IT=1mA

26.0

28.0

 

V

Reverse Leakage Current

IR

VRWM=24V

 

 

100

nA

Clamping Voltage

VC

IPP=1A; tp=8/20us

 

31.0

 

V

Clamping Voltage

VC

IPP=8A; tp=8/20us

 

42.0

 

V

Junction Capacitance

CJ

VR=0V; f=1MHz

 

18

 

pF

表1 SENC23T24V2BC电气特性表

 

Parameter

Symbol

Conditions

Min.

Typ.

Max.

Units

Reverse Stand-off Voltage

VRWM

 

 

 

24.0

V

Reverse Breakdown Voltage

VBR

IT=1mA

26.0

28.0

 

V

Reverse Leakage Current

IR

VRWM=24V

 

 

100

nA

Clamping Voltage

VC

IPP=1A; tp=8/20us

 

31.0

 

V

Clamping Voltage

VC

IPP=16A; tp=8/20us

 

42.0

 

V

Junction Capacitance

CJ

VR=0V; f=1MHz

 

36

 

pF

表2 SENC23T24V2BD电气特性表

 

Parameter

Symbol

Conditions

Min.

Typ.

Max.

Units

Reverse Stand-off Voltage

VR

 

 

 

24.0

V

Breakdown Voltage

VBR

IT=1mA

26.7

 

29.5

V

Test Current

IT

 

 

1

 

mA

Maximum Clamping Voltage

VC

IPP=10.3A

 

38.9

 

V

Maximum Peak Pulse Current（tp=10/1000us）

IPP

 

 

10.3

 

A

Maximum Reverse Leakage

IR

VRWM=24V

 

1000

 

nA

表3 SMAJ24CA电气特性表

总结与结论

为了使汽车在复杂环境中稳定运行，CAN总线接口必须配备极为高效的静电放电（ESD）防护机制，不仅需要防止系统遭受高压瞬态冲击的损害，还要最大限度地降低电容影响，确保信号传输的畅通无阻与高效性，关键在于挑选合适的静电防护二极管。ELECSUPER SEMI研发各种低电容低钳位电压的ESD和TVS保护器件，可按照客户需求性能与封装提供定制化开发服务，为各种接口及高速汽车通信总线提供值得信赖的保护器件。