保護(hù)CAN總線收發(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(yīng)該能夠耐受終端應(yīng)用中出現(xiàn)的惡劣系統(tǒng)級(jí)瞬態(tài)電壓(來自于觸摸操作、電感負(fù)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])。如果沒有與設(shè)計(jì)所要求標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)的合適工具和知識(shí)，在設(shè)計(jì)中滿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(biāo)準(zhǔn)，IEC 61000-4-2 ESD測(cè)試設(shè)置和有助于保護(hù)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(cè)試是一個(gè)系統(tǒng)級(jí)測(cè)試，它仿真了一個(gè)帶電操作人員對(duì)終端系統(tǒng)的放電過程。IEC ESD測(cè)試的特點(diǎn)不同于上升時(shí)間內(nèi)其它ESD標(biāo)準(zhǔn)所具有的特點(diǎn)，比如電擊期間所傳送的能量數(shù)量，以及測(cè)試期間所管理的電擊數(shù)量等。IEC ESD涉及兩種類型的測(cè)試：接觸放電和空氣放電。接觸ESD放電測(cè)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(cè)試的器件 (DUT)?？諝釫SD放電測(cè)試是對(duì)著DUT移動(dòng)已充電的ESD槍，直到空氣被擊穿，使得ESD電擊能夠在ESD槍與DUT之間傳導(dǎo)。IEC ESD測(cè)試包括正極性和負(fù)極性，不太可能給出一個(gè)及格分?jǐn)?shù)，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(cè)試電壓和峰值電流電平。

表1：IEC 61000-4-2 ESD測(cè)試電壓電平

*這是一個(gè)開放式級(jí)別。專有設(shè)備必須指定這個(gè)級(jí)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(cè)試設(shè)備。

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

圖1：IEC ESD脈沖的電流波形和測(cè)試的定時(shí)序列

圖2顯示的是IED ESD抗擾度符合測(cè)試設(shè)置。

圖2：IEC ESD符合性測(cè)試設(shè)置

德州儀器 (TI) 的設(shè)置完全符合IEC ESD技術(shù)規(guī)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470kΩ電阻器與頂部金屬板分割開來。上部接地層的頂部是一個(gè)很薄的絕緣墊，將DUT與平面分割開來。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 Ω電阻器組成的放電網(wǎng)絡(luò)，這也是標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的。

為了保護(hù)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，可以在總線線路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(xiàn)的高能脈沖引向接地，使其遠(yuǎn)離收發(fā)器。當(dāng)選擇一個(gè)二極管時(shí)，有一點(diǎn)要注意，要按照設(shè)計(jì)要求，使二極管的額定值達(dá)到預(yù)計(jì)能量等級(jí)。

我將TI的TCAN1042和TCAN1051收發(fā)器與CDSOT23-SM712雙向TVS二極管配對(duì)使用，而這個(gè)二極管具有針對(duì)IEC ESD應(yīng)用的額定值，并且按照IEC ESD技術(shù)規(guī)格進(jìn)行了測(cè)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(cè)試結(jié)果。

圖3：具有TVS保護(hù)的TCAN10xx收發(fā)器

表2：TCAN10xx IEC ESD接觸放電和空氣放電測(cè)試結(jié)果

要進(jìn)一步了解具有瞬態(tài)電壓保護(hù)功能的TCAN1042 and TCAN1051，請(qǐng)查看TI Designs IEC 61000 ESD，EFT和浪涌保護(hù)CAN參考設(shè)計(jì)。如果你想要進(jìn)一步了解本篇博文中所討論的任何內(nèi)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，請(qǐng)?jiān)谙路搅粞浴?/p>

其它資源

下載TCAN1042和TCAN1051數(shù)據(jù)表。

下載白皮書，“用無阻塞收發(fā)器簡化CAN總線實(shí)現(xiàn)方式”

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TCAN1042EVM電路板詳解。