汽車總線CAN BUS的保護設(shè)計詳解

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(xù)的高速發(fā)展著，目前車用電子所占比汽車成本約為40%~60%，各種的車身電子控制系統(tǒng)和車載電子控制裝置持續(xù)的引入汽車設(shè)計架構(gòu)中，包含各式的傳感器模塊單元，如溫度，輪速，轉(zhuǎn)角和加速度等傳感器，搭載著電動輔助轉(zhuǎn)向和電子式駐煞車系統(tǒng)，不斷滿足我們駕駛員和乘客的舒適乘坐和安全需求。

而在這些為數(shù)眾多的車用電子系統(tǒng)之間，車用控制器局域網(wǎng)絡(luò)接口（CAN Bus）由于采用雙線串接拓樸架構(gòu)，可串接或并接任意節(jié)點裝置，不僅使布線及維護的復(fù)雜度大幅降低，并可一并降低線材及布線成本，因此成為首選的車用系統(tǒng)傳輸接口。

CAN Bus傳輸接口所采用的雙線差動（Two wire differential）傳輸技術(shù)，若某條差動訊號線因為斷線或接地故障而無法傳輸訊號，仍然能轉(zhuǎn)換為單線訊號傳輸模式，因此可大大減低車內(nèi)系統(tǒng)通訊溝通不良的機率，不僅提升了車身功能的穩(wěn)定度，其差動雙絞線的連接方式也具有抗共模電磁干擾能力。此外CAN Bus是以多主機的架構(gòu)型態(tài)傳送接收訊號，每個主機均能主動發(fā)出通訊指向特定節(jié)點，因此能夠保持在線最大空間狀態(tài)來應(yīng)付巨大數(shù)據(jù)量的傳送接收，不僅豐富了車身功能，若有任一主機節(jié)點故障時亦不受影響，可確保駕駛?cè)说男熊圀w驗，減少故障維修的風(fēng)險。

CAN Bus的傳輸速度可以有不同的選擇，目前應(yīng)用最高需求至1Mbps，且其傳輸距離最遠可達1000M，因此可滿足應(yīng)用于車內(nèi)不同子系統(tǒng)對不同傳輸速度和傳輸距離的要求，因而在開發(fā)階段時的成本，車體重量，規(guī)格特性上的諸多考慮下，CAN Bus接口皆能滿足以上需求，以致現(xiàn)階段約有70%的汽車皆已采用CAN Bus昨為其傳輸界面使用。

而作為頻繁和人體接觸的汽車環(huán)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(jīng)常出現(xiàn)在汽車運行過程中，這對于行駛中的汽車是一個潛在的威脅，而CAN收發(fā)芯片在設(shè)計時會考慮一些靜電的抗擾，但級別遠遠達不到系統(tǒng)級測試的要求，故對于CAN通信接口的保護設(shè)計變得非常重要。

目前汽車電子涉及EMC測試的標(biāo)準(zhǔn)主要分為2類：

1：針對電源供電的傳導(dǎo)瞬時測試

2：針對通信接口的靜電、浪涌測試

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(chǎn)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(chǎn)生的瞬時，Pulse 2（b）模擬鼓風(fēng)機或雨刷馬達因運轉(zhuǎn)的電源移除所產(chǎn)生的瞬時，Pulse 3（a）（b）則是模擬因為切換過程產(chǎn)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、浪涌測試。

靜電測試標(biāo)準(zhǔn)一般都有國際電工委員會所制定的IEC61000-4-2和國際標(biāo)準(zhǔn)化組織制定的ISO10605 標(biāo)準(zhǔn)，這兩者的測試模型一樣，具體就是內(nèi)部發(fā)生器的電容值不一樣，而且汽車級產(chǎn)品規(guī)定了需滿足ISO10605 空氣25KV的測試需求。

如圖所示，leiditech列舉了2個標(biāo)準(zhǔn)中各個測試級別的能量示意，所以汽車產(chǎn)品測試的25KV靜電放電能力比IEC規(guī)定的15KV測試嚴(yán)格很多。

為了保護CAN收發(fā)器不受上面提到的ISO10605 ESD等惡劣瞬態(tài)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二極管作為一個鉗制電路，將任何出現(xiàn)的高能脈沖引向接地，使其遠離收發(fā)器。當(dāng)選擇一個二極管時，有一點要注意，要按照設(shè)計要求，使二極管的額定值達到預(yù)計能量等級

leiditech SMC24為SOT23封裝的雙向24V保護組件。

低電容的產(chǎn)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(tài)浪涌發(fā)生時，后端芯片承受較小的浪涌壓力；

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，并通過AECQ101車規(guī)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(nèi)的嚴(yán)苛的高低溫操作環(huán)境應(yīng)用。

ESD器件的布置建議

a） 將設(shè)備盡可能靠近輸入端或連接器。

b） 最小化設(shè)備與受保護線路之間的路徑長度。

c） 將并行信號路徑保持在最低限度。

d） 避免運行受保護的導(dǎo)體與未受保護的導(dǎo)體并聯(lián)。

e） 最小化所有印刷電路板（PCB）的導(dǎo)電回路，包括電源和接地回路。

f） 最小化對地的瞬態(tài)返回路徑長度。

g） 避免使用共享的瞬態(tài)返回路徑到公共接地點。

h） 盡可能使用地平面，多層印刷電路板，使用地面通孔。