保護CAN總線收發器不受靜電釋放和瞬態電壓影響的方法

很多工業網絡諸如控制器局域網 (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電壓(來自于觸摸操作、電感負載中斷、繼電器觸點顫動和/或閃電電擊期間的靜電釋放 [ESD])。如果沒有與設計所要求標準相關的合適工具和知識，在設計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 (IEC) 61000-4-2標準，IEC 61000-4-2 ESD測試設置和有助于保護CAN收發器的瞬態電壓抑制器 (TVS) 二極管電路。

IEC 61000-4-2 ESD抗擾度測試是一個系統級測試，它仿真了一個帶電操作人員對終端系統的放電過程。IEC ESD測試的特點不同于上升時間內其它ESD標準所具有的特點，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涉及兩種類型的測試：接觸放電和空氣放電。接觸ESD放電測試是從一個IEC ESD槍中直接釋放一個ESD脈沖到經受測試的器件 (DUT)。空氣ESD放電測試是對著DUT移動已充電的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。IEC ESD測試包括正極性和負極性，不太可能給出一個及格分數，除非兩個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

*這是一個開放式級別。專有設備必須指定這個級別。如果指定了比表中所顯示電壓高的電壓，也許會需要特殊測試設備。

圖1描繪出了IED ESD脈沖的基本形狀，以及測試脈沖的定時序列。

圖1：IEC ESD脈沖的電流波形和測試的定時序列

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技術規格。地面上的金屬板直接與接地相連，并且由2個串聯的470k電阻器與頂部金屬板分割開來。上部接地層的頂部是一個很薄的絕緣墊，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，這兩個器件都直接與接地相連。IEC ESD槍有一個由150pF電容器和330 電阻器組成的放電網絡，這也是標準中所規定的。

為了保護CAN收發器不受上面提到的IEC 61000-4-2 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二極管作為一個鉗制電路，將任何出現的高能脈沖引向接地，使其遠離收發器。當選擇一個二極管時，有一點要注意，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收發器與CDSOT23-SM712雙向TVS二極管配對使用，而這個二極管具有針對IEC ESD應用的額定值，并且按照IEC ESD技術規格進行了測試。圖3顯示的是具有TVS二極管的TCAN10xx收發器，而表格2和3顯示的是測試結果。

圖3：具有TVS保護的TCAN10xx收發器

表2：TCAN10xx IEC ESD接觸放電和空氣放電測試結果

要進一步了解具有瞬態電壓保護功能的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接口主題進行討論和介紹的話，請在下方留言。

其它資源

下載TCAN1042和TCAN1051數據表。

下載白皮書，“用無阻塞收發器簡化CAN總線實現方式”

查看這些與EMC測試和TCAN1042與TCAN1051 CAN收發器系列相關的視頻：

TCAN1042輻射汽車EMC符合性測試。

TCAN1042和TCAN1051汽車EMC符合性測試傳導抗擾度性能。

TCAN1042EVM電路板詳解。