保护CAN总线收发器不受静电释放和瞬态电压影响的方法

很多工业网络诸如控制器局域网 (CAN)、RS-485、RS-422和Profibus应该能够耐受终端应用中出现的恶劣系统级瞬态电压（来自于触摸操作、电感负载中断、继电器触点颤动和/或闪电电击期间的静电释放 [ESD]）。如果没有与设计所要求标准相关的合适工具和知识，在设计中满足这些要求是困难的。在这篇博文中，我将讨论国际电工委员会 (IEC) 61000-4-2标准，IEC 61000-4-2 ESD测试设置和有助于保护CAN收发器的瞬态电压抑制器 (TVS) 二极管电路。

IEC 61000-4-2 ESD抗扰度测试是一个系统级测试，它仿真了一个带电操作人员对终端系统的放电过程。IEC ESD测试的特点不同于上升时间内其它ESD标准所具有的特点，比如电击期间所传送的能量数量，以及测试期间所管理的电击数量等。IEC ESD涉及两种类型的测试：接触放电和空气放电。接触ESD放电测试是从一个IEC ESD枪中直接释放一个ESD脉冲到经受测试的器件 (DUT)。空气ESD放电测试是对着DUT移动已充电的ESD枪，直到空气被击穿，使得ESD电击能够在ESD枪与DUT之间传导。IEC ESD测试包括正极性和负极性，不太可能给出一个及格分数，除非两个极性的耐受程度一样。表1显示的是IEC 61000-4-2 ESD测试电压和峰值电流电平。

表1：IEC 61000-4-2 ESD测试电压电平

*这是一个开放式级别。专有设备必须指定这个级别。如果指定了比表中所显示电压高的电压，也许会需要特殊测试设备。

图1描绘出了IED ESD脉冲的基本形状，以及测试脉冲的定时序列。

图1：IEC ESD脉冲的电流波形和测试的定时序列

图2显示的是IED ESD抗扰度符合测试设置。

图2：IEC ESD符合性测试设置

德州仪器 (TI) 的设置完全符合IEC ESD技术规格。地面上的金属板直接与接地相连，并且由2个串联的470k?电阻器与顶部金属板分割开来。上部接地层的顶部是一个很薄的绝缘垫，将DUT与平面分割开来。这就防止了在DUT与接地之间形成低阻抗路径，从而使DUT能够吸收ESD电击的全部能量。最后，IEC ESD生成器和枪在桌子的右上角，这两个器件都直接与接地相连。IEC ESD枪有一个由150pF电容器和330 ?电阻器组成的放电网络，这也是标准中所规定的。

为了保护CAN收发器不受上面提到的IEC 61000-4-2 ESD等恶劣瞬态电压的影响，可以在总线线路CANH和CANL上放置一个TVS二极管。这个TVS二极管作为一个钳制电路，将任何出现的高能脉冲引向接地，使其远离收发器。当选择一个二极管时，有一点要注意，要按照设计要求，使二极管的额定值达到预计能量等级。
我将TI的TCAN1042和TCAN1051收发器与CDSOT23-SM712双向TVS二极管配对使用，而这个二极管具有针对IEC ESD应用的额定值，并且按照IEC ESD技术规格进行了测试。图3显示的是具有TVS二极管的TCAN10xx收发器，而表格2和3显示的是测试结果。

图3：具有TVS保护的TCAN10xx收发器

表2：TCAN10xx IEC ESD接触放电和空气放电测试结果

要进一步了解具有瞬态电压保护功能的TCAN1042 and TCAN1051，请查看TI Designs IEC 61000 ESD，EFT和浪涌保护CAN参考设计。如果你想要进一步了解本篇博文中所讨论的任何内容，或者你希望我们就哪一个接口主题进行讨论和介绍的话，请在下方留言。