提高汽车的功能安全性 掌握ESD实现无干扰的数据传输

作者：Emilia Mance

目前电子组件大约占据一辆汽车总价值的三分之一，而且这个比例还将上升。汽车中17%的半导体故障是由静电放电(ESD)造成的，因而必需采取适当的ESD保护措施。

在日常生活中，人们触摸车门时偶尔会感到手指刺痛或静电冲击，这感觉仅会令人不快；但对于一些电子组件，遇上静电放电(ESD)可能意味着完全失效。半导体结构越微小，模拟和数字I/O引脚的阻抗越高，便越容易受到静电放电(ESD)的影响。可能的后果包括p/n结的热击穿、氧化物击穿(电介质击穿)，以及金属化层的熔化。

这些情况会导致半导体发生故障，缩短使用寿命，最终完全失效。在通常情况下，客户首先发现器件损坏，而后要付出高额成本来进行维修，或更换设备或应用。

对于汽车应用也是如此。最近几十年来汽车内部的电子系统数量迅速增多，应用于发动机和变速器控制系统、多个控制单元、安全技术和底盘优化，以及信息通信技术方面。

总线系统是非常核心的元素，因为它们确保各个系统之间的通信。每个总线系统都针对特定属性进行了优化，例如将更多的ECU和高数据速率(CAN)联网、低成本实施方案、高带宽(以太网)、用于安全相关的分布式控制器(FlexRay)，或者低成本集成传感器和执行器(LIN)。

保护车辆网络

众多供应商提供各种专门设计的ESD二极管产品，分别针对上述各个系统。与TVS二极管相比，它们不仅能够防止电压尖峰，还能够防止数据丢失。

汽车中对ESD敏感的应用 （图片来源：儒卓力）

通过数据线保护，Diodes公司将整个系列保护组件组合在一起，由于在同类产品中具有出色的ESD性能，并提供众多的封装选项满足客户的具体要求，因而引发用户的兴趣。ESD二极管具有低通道输入电容特性，击穿电压也是针对汽车使用而设计的，带后缀Q的系列是通过AEC-Q认证的产品，其中包括DESD1LIN2WSQ。这些双向TVS二极管适用于保护LIN总线，一个通道提供IEC 61000-4-2标准ESD保护，即空气和接触保护电压高达±30 kV。这款产品符合AEC-Q101标准，满足PPAP规范，并且在IATF-16949认证工厂生产。

Littelfuse公司的AQHVxx-01LTG系列通过了AEC-Q101认证，是专为CAN和LIN数据总线设计的超快速、高性能浪涌保护组件。该产品系列可以防止ESD以及其他瞬态过电压造成的损坏。它们可以安全地通过基于IEC标准61000-4-2(4级，±8kV接触放电) 最高水平的周期性过电压浪涌，而不会出现任何性能损失。此外，还能确保安全传输高达10A的诱发浪涌电流(AQHV12) (IEC 61000-4-5 (第二版): tP = 8/20 μs)，并具有超低的钳位电压。

威世公司亦提供一系列符合AEC-Q101标准的单向或双向ESD二极管产品，专门用于保护CAN、LIN或FLEX总线。例如工作电压范围为±5.5 V的VCUT05E1-SD0 ESD二极管，具有小于0.1 μA的低泄漏电流和小于14 pF的低负载电容。其CLP0603封装高度仅为0.27 mm，所需要的PCB空间相比1006封装减少三倍。

VLIN1616-02G系列的双向ESD二极管特别适合LIN总线，它们采用小型SOD323封装，工作电压范围为±16 V，泄漏电流小于0.05 μA，负载电容小于24 pF。

半导体敏感性：电子组件的静电放电(ESD)反应具有不同程度的敏感性