汽車總線CAN BUS的保護設計
發布時間:2019-07-19 責任編輯:wenwei
【導讀】近年來人們對車身舒適性,安全性及信息娛樂性的智能化高度要求,汽車電子也持續的高速發展著,目前車用電子所占比汽車成本約為40%~60%,各種的車身電子控製係統和車載電子控製裝置持續的引入汽車設計架構中,包含各式的傳感器模(mo)塊(kuai)單(dan)元(yuan),如(ru)溫(wen)度(du),輪(lun)速(su),轉(zhuan)角(jiao)和(he)加(jia)速(su)度(du)等(deng)傳(chuan)感(gan)器(qi),搭(da)載(zai)著(zhe)電(dian)動(dong)輔(fu)助(zhu)轉(zhuan)向(xiang)和(he)電(dian)子(zi)式(shi)駐(zhu)煞(sha)車(che)係(xi)統(tong),不(bu)斷(duan)滿(man)足(zu)我(wo)們(men)駕(jia)駛(shi)員(yuan)和(he)乘(cheng)客(ke)的(de)舒(shu)適(shi)乘(cheng)坐(zuo)和(he)安(an)全(quan)需(xu)求(qiu)。
而在這些為數眾多的車用電子係統之間,車用控製器局域網絡接口(CAN Bus)youyucaiyongshuangxianchuanjietuopujiagou,kechuanjiehuobingjierenyijiedianzhuangzhi,bujinshibuxianjiweihudefuzadudafujiangdi,bingkeyibingjiangdixiancaijibuxianchengben,yincichengweishouxuandecheyongxitongchuanshujiekou。

CAN Bus傳輸接口所采用的雙線差動(Two wire differential)傳chuan輸shu技ji術shu,若ruo某mou條tiao差cha動dong訊xun號hao線xian因yin為wei斷duan線xian或huo接jie地di故gu障zhang而er無wu法fa傳chuan輸shu訊xun號hao,仍reng然ran能neng轉zhuan換huan為wei單dan線xian訊xun號hao傳chuan輸shu模mo式shi,因yin此ci可ke大da大da減jian低di車che內nei係xi統tong通tong訊xun溝gou通tong不bu良liang的de機ji率lv,不bu僅jin提ti升sheng了le車che身shen功gong能neng的de穩wen定ding度du,其qi差cha動dong雙shuang絞jiao線xian的de連lian接jie方fang式shi也ye具ju有you抗kang共gong模mo電dian磁ci幹gan擾rao能neng力li。此ci外waiCAN Busshiyiduozhujidejiagouxingtaichuansongjieshouxunhao,meigezhujijunnengzhudongfachutongxunzhixiangtedingjiedian,yincinenggoubaochizaixianzuidakongjianzhuangtailaiyingfujudashujuliangdechuansongjieshou,bujinfengfulecheshengongneng,ruoyourenyizhujijiedianguzhangshiyibushouyingxiang,kequebaojiashirendexingchetiyan,jianshaoguzhangweixiudefengxian。
CAN Bus的傳輸速度可以有不同的選擇,目前應用最高需求至1Mbps,且其傳輸距離最遠可達1000M,yincikemanzuyingyongyucheneibutongzixitongduibutongchuanshusuduhechuanshujulideyaoqiu,yinerzaikaifajieduanshidechengben,chetizhongliang,guigetexingshangdezhuduokaolvxia,CAN Bus接口皆能滿足以上需求,以致現階段約有70%的汽車皆已采用CAN Bus昨為其傳輸界麵使用。
而作為頻繁和人體接觸的汽車環境,靜電放電事件(ESD),電氣過載事件(EOS),以及電性快速瞬時事件(EFT)會經常出現在汽車運行過程中,這對於行駛中的汽車是一個潛在的威脅,而CAN收發芯片在設計時會考慮一些靜電的抗擾,但級別遠遠達不到係統級測試的要求,故對於CAN通信接口的保護設計變得非常重要。
目前汽車電子涉及EMC測試的標準主要分為2類:
1:針對電源供電的傳導瞬時測試
2:針對通信接口的靜電、浪湧測試
針對電源測試包含有Pulse 1(a)仿真電感性負載因電源切斷產生的瞬時事件,Pulse 2(a)模擬束線的電感性負載因為電流突斷產生的瞬時,Pulse 2(b)模擬鼓風機或雨刷馬達因運轉的電源移除所產生的瞬時,Pulse 3(a)(b)則是模擬因為切換過程產生的瞬時波,pulse 5 電池掉電的拋負載瞬時波。
本文主要介紹的是CAN接口的靜電、浪湧測試。
靜電測試標準一般都有國際電工委員會所製定的IEC61000-4-2和國際標準化組織製定的ISO10605 標準,這兩者的測試模型一樣,具體就是內部發生器的電容值不一樣,而且汽車級產品規定了需滿足ISO10605 空氣25KV的測試需求。


如圖所示,列舉了2個標準中各個測試級別的能量示意,所以汽車產品測試的25KV靜電放電能力比IEC規定的15KV測試嚴格很多。
為了保護CAN收發器不受上麵提到的ISO10605 ESD等惡劣瞬態電壓的影響,可以在總線線路CANH和CANL上放置一個TVS二極管。這個TVS二er極ji管guan作zuo為wei一yi個ge鉗qian製zhi電dian路lu,將jiang任ren何he出chu現xian的de高gao能neng脈mai衝chong引yin向xiang接jie地di,使shi其qi遠yuan離li收shou發fa器qi。當dang選xuan擇ze一yi個ge二er極ji管guan時shi,有you一yi點dian要yao注zhu意yi,要yao按an照zhao設she計ji要yao求qiu,使shi二er極ji管guan的de額e定ding值zhi達da到dao預yu計ji能neng量liang等deng級ji。

雷卯SMC24為SOT23封裝的雙向24V保護組件。
低電容的產品可以滿足CAN信號速度高達2Mbit/s的速度而不會丟包;
低的鉗位電壓也確保瞬態浪湧發生時,後端芯片承受較小的浪湧壓力;
ESD防護等級可達IEC61000-4-2接觸放電和空氣間隙放電30kV,而EFT防護等級則可達IEC61000-4-4 4kV,並通過AECQ101車規可靠度驗證,保證操作溫度從低溫-55度C至高溫125度C,以確保車體內的嚴苛的高低溫操作環境應用。
ESD器件的布置建議
a) 將設備盡可能靠近輸入端或連接器。
b) 最小化設備與受保護線路之間的路徑長度。
c) 將並行信號路徑保持在最低限度。
d) 避免運行受保護的導體與未受保護的導體並聯。
e) 最小化所有印刷電路板(PCB)的導電回路,包括電源和接地回路。
f) 最小化對地的瞬態返回路徑長度。
g) 避免使用共享的瞬態返回路徑到公共接地點。
h) 盡可能使用地平麵,多層印刷電路板,使用地麵通孔。
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