CAN—BUS靜電保護(hù)電路設(shè)計(jì)

【摘 要】本文介紹了現(xiàn)有方案及其存在的技術(shù)缺陷，重點(diǎn)分析了CAN-BUS防靜電電路的設(shè)計(jì)方法，探討了其工作原理與技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

【關(guān)鍵詞】CAN-BUS 防靜電 設(shè)計(jì) 技術(shù)優(yōu)勢(shì)

一、現(xiàn)有CAN總線的防靜電方案的技術(shù)缺陷

CAN總線多用于工業(yè)局域網(wǎng)總線和汽車電子計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，而由于CAN總線芯片的集成度要求，其芯片本身的防靜電能力比較脆弱，所以需要在接口處增加專門的防靜電電路。

針對(duì)CAN總線的防靜電方案存在很多的缺陷：

（一）一般ESD方案需要外圍器件較多，不僅很大程度上增加了成本，并且對(duì)小體積設(shè)備設(shè)計(jì)帶來諸多的不便；

（二）很多傳統(tǒng)的ESD防護(hù)方案在次級(jí)防護(hù)后最終殘留下來的不利于系統(tǒng)的沖擊信號(hào)過大，導(dǎo)致在真正的系統(tǒng)上，出現(xiàn)若干概率的ESD事故；

（三）傳統(tǒng)的ESD方案由于器件繁雜，在防護(hù)通路上阻抗、容抗過大，存在不利于系統(tǒng)有用信號(hào)傳輸，甚至?xí)?dǎo)致系統(tǒng)傳輸出現(xiàn)問題。

二、新型CAN-BUS靜電防護(hù)電路

（一）總體方案。本方案在保證ESD防護(hù)性能的前提下，解決了如上問題，本方案總體框圖如下：

（二）防靜電電路具體設(shè)計(jì)。防靜電電路由三大模塊組成，包括：第一級(jí)是GDT氣體放電管（簡(jiǎn)稱GDT模塊）、第二級(jí)是PTC熱敏電阻（簡(jiǎn)稱PTC模塊）、第三級(jí)是雙路雙向ESD防靜電二極管（簡(jiǎn)稱TVS模塊）。

1.GDT氣體放電管模塊。此模塊為本方案的第一道防線，是CAN總線模塊和外部接口的橋梁，在保證最佳性能的前提下，為了符合各種應(yīng)用需求，專門設(shè)計(jì)了各種封裝的模塊，部分模塊封裝如下圖2所示：

圖2

本模塊在靜電攻擊時(shí)性能上表現(xiàn)高觸發(fā)反應(yīng)、高速復(fù)原、低寄生電容、強(qiáng)電流泄放。

此模塊共用三個(gè)引腳，從圖1整體框圖上可以看出，有2個(gè)引腳分別連接CAN總線的2根信號(hào)線，第3個(gè)引腳連接地端，這種設(shè)計(jì)方案可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)共模防護(hù)和差模防護(hù)，差模ESD有害信號(hào)可以從信號(hào)線2端通路泄放，共模ESD有害信號(hào)可以從本GDT氣體放電管模塊的第3腳地快速泄放，達(dá)到穩(wěn)定可靠的防護(hù)效果。

2.PTC熱敏電阻模塊。本模塊由2顆PTC（熱敏電阻）組成，分別串聯(lián)在GDT模塊和TVS模塊中間，接受來自第一級(jí)防護(hù)殘留下來的余波有害信號(hào)，利用了熱敏電阻在大電流通過時(shí)表現(xiàn)為大電阻的特性，可以等價(jià)為切斷了有害信號(hào)的通過。

此模塊的另外一個(gè)更重要的特性是能減緩ESD有害信號(hào)傳輸作用，它巧妙地調(diào)整了整個(gè)方案的防護(hù)步驟，解決了GDT氣體放電管模塊天生反應(yīng)速度就比ESD防靜電二極管模塊慢的問題，如果沒有此模塊，一個(gè)ESD強(qiáng)信號(hào)入侵的時(shí)候，沒等到GDT模塊起作用TVS先響應(yīng)了，這樣就達(dá)不到防護(hù)效果，為了解決此問題，PTC模塊的設(shè)計(jì)正好使得GDT優(yōu)先作用，抵擋80%以上的ESD有害信號(hào)。

3.雙路雙向ESD防靜電二極管模塊。此模塊之所以簡(jiǎn)稱為TVS模塊，就是因?yàn)閮?nèi)部集成了若干TVS陣列，同時(shí)解決了共模、差模的ESD防護(hù)，結(jié)構(gòu)框圖如下圖：

圖3

由整體框圖1可以看出，在本方案中，1號(hào)引腳和2號(hào)引腳分別連接CAN總線信號(hào)線，3號(hào)引腳連接地，用法類似于GDT模塊的，作用是徹底消除GDT模塊殘留下來的小部分ESD有害信號(hào)，保證防護(hù)的萬無一失。

（三）防靜電電路工作原理與技術(shù)優(yōu)勢(shì)

正常情況下，熱敏電阻非常小，相當(dāng)于短路，對(duì)信號(hào)傳輸不產(chǎn)生任何影響，當(dāng)雷電波過來時(shí)，因?yàn)榉漓o電二極管ESD的動(dòng)作很快，所以它首先導(dǎo)通，吧雷電波電壓鉗制在很低的水平，隨著雷電波通過熱敏電阻，使得熱敏電阻的電阻急劇變大，熱敏電阻前端即氣體放電管兩端的電壓也跟著急劇變大，讓氣體放電管導(dǎo)通放電，瀉防掉大量的雷電能量，二雷電撥付值減小到何等程度由ESD二極管決定。因此這二者通過熱敏電阻的結(jié)合，發(fā)揮了各自的優(yōu)點(diǎn)，又避免了彼此的缺點(diǎn)。由于防靜電二極管采用雙路雙向的二極管，既確保了交流電壓波動(dòng)的鉗制，也有利于電路板的元器件布局設(shè)計(jì)。通過三級(jí)保護(hù)電路確保靜電、浪涌不會(huì)損壞芯片；采用集成度高的雙路雙向ESD保護(hù)元件有效節(jié)約空間

參考文獻(xiàn)：

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