LIN接口静电放电防护方案

LIN接口静电放电防护方案

方案简介

LIN数据线是Local Interconnect Network（局部互联网络）的简称，是一种专为汽车分布式电子系统设计的低成本串行通信机制。LIN总线的目的是现有汽车网络（比如CAN总线通讯）提供辅助功能，在不需要CAN总线的宽带和多功能的场合下，使用LIN总线能够大大地节约成本。常用于连接车辆中的各种控制单元，如传感器、执行器和其他电子设备，实现如门控制、窗户控制、座椅控制等车辆内部的基本功能。这些功能对数据传输的实时性和带宽要求不高，因此LIN总线成为了一个理想的选择。

由于LIN总线接口连接器外露于外部环境中，容易受到静电放电（ESD）的影响。因此，电子工程师需要设计具有保护二极管的LIN接口，以为LIN收发器本身和相应的下游总线元件提供保护。此方案采用双向非对称ESD静电保护元器件，具有导通电压精度高、响应速度快、寄生电容值低、钳位电压低的特性，在不影响数据传输的前提下满足IEC61000-4-2 Level 4静电放电防护需求，且做到成本最优化。

LIN总线工作原理

LIN 是一种经济高效的单线通信接口，优点在于减少空间占用。其数据传输速率不是关键因素，最高运行可达20Kbit/s。LIN仪表系统架构包含一个主导节点与最多15个从属节点，它们遵循ISO 17897标准，共同连接至同一条LIN总线上。此总线系统以车辆电池（通常为12V）为偏置电源。下图直观呈现了LIN收发器节点，该节点直接由汽车电池供电，并通过单条LIN线路实现连接。

LIN报文帧由帧头（Hearder）与应答（Response）两部分组成。如下图所示，传输过程中，主机节点负责发送帧头；从机节点负责接收帧头，然后作出解析决定发送应答，还是接收应答或不回复。

LIN总线主要负责如下任务：

调度总线上帧的传输次序；

监测数据，处理错误；

作为标准时钟参考；

接收从机节点发出的总线唤醒命令；

从机任务不能直接向总线发送数据，需要接受到主节点发送的帧头后，根据帧头所包含的信息来判断。

LIN接口的ESD保护要求

在为LIN总线选择ESD保护器件时我们需要考虑如下要求：

IEC 61000-4-2 等级：

IEC 61000-4-2 测试标准规定了实际的静电放电（ESD）的冲击力，它比常见的人体放电模型（HBM）更为严格。对于LIN收发器这类元件，它们至少需要具备能在组装和制造过程中防止HBM静电冲击的保护能力，但是这样的保护水平可能不足以应对用户日常使用环境下可能遇到的系统级ESD问题。因此，推荐使用IEC 61000-4-2标准中15kV的防护等级，如果有更高要求，还可以选择30kV的更高防护等级来应对更严峻的静电挑战。

工作电压：

LIN 总线不得超过 ESD 二极管反向工作电压 (VRWM)。LIN 总线的工作电压范围为 9V 至 18V。为了降低电池快速启动不当的风险，当两个 12V 电池串联时，需要 24VRWM。此外，18 轮车等大型车辆使用 24V。

电容：

在大多数应用中，为实现正确的传输并尽量降低噪声，LIN 跟随器节点电容不得超过 220pF。为了实现设计灵活性，建议选择电容最小的二极管（建议最大值为 50pF）。

钳位电压：

钳位电压必须小于 LIN 收发器的绝对最大额定电压，通常最大为 ±45V。钳位电压是受保护 IC 在 ESD 冲击期间承受的压降，必须低于收发器的最大额定电压。

极性：

为避免由于电池接线故障使 LIN 总线上产生负直流电压而导致损坏，需要使用双向二极管。

漏电流：

LIN 收发器处于低功耗模式（如果适用）时，建议使用较低的最大漏电流额定值，以便让二极管在低于工作电压运行时节约电能。

应用示例

我们为LIN总线推荐一种单路非对称ESD防护器件SENC1524，其Pin1到Pin2的工作电压为15V，IPP为12A，钳位电压为28V；Pin2到Pin1的工作电压为24V，IPP为8A，钳位电压为48V。符合IEC 61000-4-2 (ESD) 规范，可在 ±30kV（空气）和 ±30kV（接触）下提供瞬变保护。

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)	封装
SENC1524	Bi.	15/24	12/8	28/48	30	SOD-323

电气特性表

At TA = 25℃ unless otherwise noted

Parameter	Symbol	Conditions	Min.	Typ.	Max.	Units
Reverse Stand-off Voltage	VRWM	Pin1 to Pin2			15.0	V
		Pin2 to Pin1			24.0	V
Reverse Breakdown Voltage	VBR	IT=1mA, Pin1 to Pin2	16.5			V
		IT=1mA, Pin2 to Pin1	26.0			V
Reverse Leakage Current	IR	VRWM=15V			1.0	uA
		VRWM=24V			1.0	uA
Clamping Voltage	VC	IPP=1A; Pin1 to 2; tp=8/20us		20.0	22.0	V
		IPP=12A; Pin1 to 2; tp=8/20us		26.0	28.0	V
		IPP=1A; Pin2 to 1; tp=8/20us		32.0	35.0	V
		IPP=8A; Pin2 to 1; tp=8/20us		45.0	48.0	V
Junction Capacitance	CJ	I/O to I/O; VR=0V; f=1MHz		28	35	pF

总结与结论

由于LIN总线广泛应用于汽车内部多个电子控制单元之间的低成本高效率的通信，所以选择正确的ESD保护器件在车辆控制领域十分重要。ELECSUPER SEMI研发各种低电容低钳位电压的ESD和TVS保护器件，包含常规级和车规级，可按照客户需求性能与封装提供定制化开发服务，为各种接口及通信线路提供值得信赖的保护器件。以上解决方案是保护LIN总线的优选之策，确保数据传输的可靠与稳定。

审核编辑 黄宇