保護CAN總線(xiàn)收發(fā)器不受靜電釋放和瞬態(tài)電壓影響的方法

很多工業(yè)網(wǎng)絡(luò )諸如控制器局域網(wǎng) (CAN)、RS-485、RS-422和Profibus應該能夠耐受終端應用中出現的惡劣系統級瞬態(tài)電壓(來(lái)自于觸摸操作、電感負載中斷、繼電器觸點(diǎn)顫動(dòng)和/或閃電電擊期間的靜電釋放 [ESD])。如果沒(méi)有與設計所要求標準相關(guān)的合適工具和知識，在設計中滿(mǎn)足這些要求是困難的。在這篇博文中，我將討論國際電工委員會(huì ) (IEC) 61000-4-2標準，IEC 61000-4-2 ESD測試設置和有助于保護CAN收發(fā)器的瞬態(tài)電壓抑制器 (TVS) 二極管電路。

IEC 61000-4-2 ESD抗擾度測試是一個(gè)系統級測試，它仿真了一個(gè)帶電操作人員對終端系統的放電過(guò)程。IEC ESD測試的特點(diǎn)不同于上升時(shí)間內其它ESD標準所具有的特點(diǎn)，比如電擊期間所傳送的能量數量，以及測試期間所管理的電擊數量等。IEC ESD涉及兩種類(lèi)型的測試：接觸放電和空氣放電。接觸ESD放電測試是從一個(gè)IEC ESD槍中直接釋放一個(gè)ESD脈沖到經(jīng)受測試的器件 (DUT)?？諝釫SD放電測試是對著(zhù)DUT移動(dòng)已充電的ESD槍?zhuān)钡娇諝獗粨舸?，使得ESD電擊能夠在ESD槍與DUT之間傳導。IEC ESD測試包括正極性和負極性，不太可能給出一個(gè)及格分數，除非兩個(gè)極性的耐受程度一樣。表1顯示的是IEC 61000-4-2 ESD測試電壓和峰值電流電平。

表1：IEC 61000-4-2 ESD測試電壓電平

*這是一個(gè)開(kāi)放式級別。專(zhuān)有設備必須指定這個(gè)級別。如果指定了比表中所顯示電壓高的電壓，也許會(huì )需要特殊測試設備。

圖1描繪出了IED ESD脈沖的基本形狀，以及測試脈沖的定時(shí)序列。

圖1：IEC ESD脈沖的電流波形和測試的定時(shí)序列

圖2顯示的是IED ESD抗擾度符合測試設置。

圖2：IEC ESD符合性測試設置

德州儀器 (TI) 的設置完全符合IEC ESD技術(shù)規格。地面上的金屬板直接與接地相連，并且由2個(gè)串聯(lián)的470k電阻器與頂部金屬板分割開(kāi)來(lái)。上部接地層的頂部是一個(gè)很薄的絕緣墊，將DUT與平面分割開(kāi)來(lái)。這就防止了在DUT與接地之間形成低阻抗路徑，從而使DUT能夠吸收ESD電擊的全部能量。最后，IEC ESD生成器和槍在桌子的右上角，這兩個(gè)器件都直接與接地相連。IEC ESD槍有一個(gè)由150pF電容器和330 電阻器組成的放電網(wǎng)絡(luò )，這也是標準中所規定的。

為了保護CAN收發(fā)器不受上面提到的IEC 61000-4-2 ESD等惡劣瞬態(tài)電壓的影響，可以在總線(xiàn)線(xiàn)路CANH和CANL上放置一個(gè)TVS二極管。這個(gè)TVS二極管作為一個(gè)鉗制電路，將任何出現的高能脈沖引向接地，使其遠離收發(fā)器。當選擇一個(gè)二極管時(shí)，有一點(diǎn)要注意，要按照設計要求，使二極管的額定值達到預計能量等級。

我將TI的TCAN1042和TCAN1051收發(fā)器與CDSOT23-SM712雙向TVS二極管配對使用，而這個(gè)二極管具有針對IEC ESD應用的額定值，并且按照IEC ESD技術(shù)規格進(jìn)行了測試。圖3顯示的是具有TVS二極管的TCAN10xx收發(fā)器，而表格2和3顯示的是測試結果。

圖3：具有TVS保護的TCAN10xx收發(fā)器

表2：TCAN10xx IEC ESD接觸放電和空氣放電測試結果

要進(jìn)一步了解具有瞬態(tài)電壓保護功能的TCAN1042 and TCAN1051，請查看TI Designs IEC 61000 ESD，EFT和浪涌保護CAN參考設計。如果你想要進(jìn)一步了解本篇博文中所討論的任何內容，或者你希望我們就哪一個(gè)接口主題進(jìn)行討論和介紹的話(huà)，請在下方留言。

其它資源

下載TCAN1042和TCAN1051數據表。

下載白皮書(shū)，“用無(wú)阻塞收發(fā)器簡(jiǎn)化CAN總線(xiàn)實(shí)現方式”

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