ST推出的ESDCAN03-2BM3Y，這是首款用于CAN總線的汽車級(jí)瞬態(tài)電壓抑制器，采用小型DFN1110封裝，線路電容僅為3.3 pF，1 A鉗位電壓為33 V. 該設(shè)備是工程師在設(shè)計(jì)汽車控制單元時(shí)面臨的令人興奮的挑戰(zhàn)的直接結(jié)果。隨著傳感器和處理單元的增加，設(shè)計(jì)人員必須在很小的表面上封裝大量組件。此外，其中一些組件對(duì)于駕駛員和乘客的安全至關(guān)重要。例如，防撞系統(tǒng)、安全氣囊或防抱死系統(tǒng)都使用控制器局域網(wǎng)總線（或 CAN 總線）。在筆記本大小的 PCB 上集成許多 CAN 控制器時(shí)會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。除了空間限制外，封裝系統(tǒng)還面臨工程師在交付設(shè)計(jì)之前必須克服的許多電氣問(wèn)題。

綜合戰(zhàn)略的好處

設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)與大量的制造商和解決方案競(jìng)爭(zhēng)，這可能會(huì)讓人眼花繚亂。因此，ESDCAN03-2BM3Y 的獨(dú)特之處不僅在于其電氣功能，還在于它代表了 ST 整體汽車戰(zhàn)略的另一個(gè)組成部分。當(dāng)工程師尋找微控制器時(shí)，他們可以求助于SPC5 MCU。需要更精確的 GNSS 接收器？TeseoV是當(dāng)今唯一的雙頻和三頻型號(hào)。從尾燈系統(tǒng)到電源管理等等，當(dāng)團(tuán)隊(duì)與同一個(gè)合作伙伴一起處理項(xiàng)目的更多方面時(shí)，他們將受益于更好的支持和更具成本效益的解決方案。新的 TVS 設(shè)備再次提醒我們希望在汽車領(lǐng)域提供補(bǔ)充解決方案。借助 ESDCAN03-2BM3Y，我們提供了一種保護(hù) CAN 總線免受密度和可靠性挑戰(zhàn)的新方法。

ESDCAN03-2BM3Y：高密度PCB的解決方案

太空挑戰(zhàn)

處理高密度 PCB 時(shí)最明顯的挑戰(zhàn)是其空間限制。然而，以更小的封裝設(shè)計(jì) TVS 本身就是一個(gè)需要解決的復(fù)雜問(wèn)題。在前幾代設(shè)備中，ST 有時(shí)會(huì)在一個(gè)屋檐下集成多個(gè)芯片。搬到更小的外殼必然會(huì)限制我們一次可以使用的模具數(shù)量，這會(huì)對(duì)性能產(chǎn)生負(fù)面影響。因此，我們的工程師需要找到一種解決方案來(lái)提高性能，同時(shí)只使用一個(gè)芯片和更小的封裝。

使 ESDCAN03-2BM3Y 成為可能的創(chuàng)新來(lái)自 ST 所謂的“垂直技術(shù)”。最初用于智能手機(jī)的組件，它采用垂直 PN 結(jié)。結(jié)果，信號(hào)從器件頂部進(jìn)入，從基板底部離開(kāi)，反之亦然。ST 現(xiàn)在可以在 ESDCAN03-2BM3Y 中使用這項(xiàng)技術(shù)，因?yàn)槲覀兊膱F(tuán)隊(duì)設(shè)法將其適應(yīng) 24 V 設(shè)備。除了實(shí)現(xiàn)更小的封裝外，使用垂直結(jié)構(gòu)還意味著電氣路徑明顯更短。隨著我們從水平技術(shù)中的毫米級(jí)轉(zhuǎn)向微米級(jí)，我們的解決方案享有更低的電阻路徑，從而對(duì)整體性能產(chǎn)生積極影響。

寄生挑戰(zhàn)

從事高密度 PCB 工作的工程師必須克服的另一個(gè)問(wèn)題與寄生干擾有關(guān)。事實(shí)上，電路板上的軌道太多了，設(shè)計(jì)人員知道他們必須處理電感問(wèn)題。因此，保護(hù)?? CAN 總線的設(shè)備必須具有固有的低電容以避免問(wèn)題復(fù)雜化。這一挑戰(zhàn)如此嚴(yán)峻，以至于汽車制造商自己提出了硬性限制，他們中的大多數(shù)要求保護(hù) CAN 總線的設(shè)備的線路電容小于 6 pF。然而，獲得低電容具有挑戰(zhàn)性，因?yàn)檫@種權(quán)衡可能會(huì)對(duì)組件的其他電氣特性產(chǎn)生負(fù)面影響。

因此，ESDCAN03-2BM3Y 在業(yè)界是獨(dú)一無(wú)二的，因?yàn)樗鼘?shí)現(xiàn)了僅3.3 pF的線路電容，遠(yuǎn)低于制造商的要求，從而在處理其他組件時(shí)為工程師提供了更多的空間。ST 憑借其新的封裝技術(shù)和設(shè)備架構(gòu)實(shí)現(xiàn)了這一壯舉。我們的研發(fā)工程師采用了智能手機(jī)中使用的最新芯片技術(shù)結(jié)構(gòu)，以最大限度地減少有源區(qū)域的寄生電容。因此，我們顯著降低了整體線路電容。簡(jiǎn)而言之，我們的工程師優(yōu)化了架構(gòu)，以提供比當(dāng)今任何其他競(jìng)爭(zhēng)設(shè)備更好的規(guī)格。

瞬態(tài)耦合挑戰(zhàn)

最后，封裝 PCB 中可能出現(xiàn)的第三個(gè)困難來(lái)自瞬態(tài)耦合。在微小的表面上存在大量組件意味著瞬態(tài)電壓抑制器必須盡可能靠近 CAN 連接器，以避免可能損壞附近設(shè)備的靜電放電傳播。這就是工程師密切關(guān)注 TVS 的鉗位能力以了解在面臨浪涌時(shí)通過(guò)多少電壓的原因。許多工程師的問(wèn)題是較低的線路電容往往會(huì)增加鉗位電壓。而且，正如我們之前看到的，汽車制造商需要低線路電容。

與競(jìng)爭(zhēng)器件相比，ESDCAN03-2BM3Y 通過(guò)提供最低的線路容量和最低的最大鉗位電壓解決了這個(gè)難題。由于該器件的低動(dòng)態(tài)電阻，ST 工程師在 3 A 時(shí)實(shí)現(xiàn)了 32 V 的鉗位電壓。事實(shí)上，改進(jìn)封裝可以優(yōu)化芯片尺寸，從而提供更好的夾持性能。相比之下，大多數(shù)競(jìng)爭(zhēng)器件在 1 A 時(shí)的鉗位電壓超過(guò) 40 V。重要的是，公司經(jīng)常密切關(guān)注這些數(shù)字，因?yàn)樗鼈兪歉鼜?qiáng)大實(shí)施的代名詞。

ESDCAN03-2BM3Y：下一代汽車的解決方案

制造挑戰(zhàn)

在工程師評(píng)估設(shè)備的規(guī)格后，他們通常會(huì)進(jìn)入資格認(rèn)證階段，這可能會(huì)變得很棘手。即使團(tuán)隊(duì)找到了有史以來(lái)最好的 TVS，與大規(guī)模生產(chǎn)不兼容的模型也無(wú)法使用。此外，制造商通常會(huì)建立任務(wù)配置文件，即設(shè)定最低可靠性要求的文件。例如，一家公司將要求 TVS 在特定溫度下運(yùn)行最少小時(shí)數(shù)。當(dāng)瞬態(tài)電壓抑制器背后的公司沒(méi)有運(yùn)行與任務(wù)配置文件匹配的測(cè)試時(shí)，問(wèn)題就出現(xiàn)了。在這種情況下，TVS 制造商將不得不進(jìn)行新的試驗(yàn)，這既費(fèi)時(shí)又可能延遲特定項(xiàng)目。

可濕性側(cè)翼

ESDCAN03-2BM3Y 注意到了這些問(wèn)題，并以可潤(rùn)濕側(cè)面和經(jīng)認(rèn)證的 175 oC 結(jié)溫形式提供了解決方案。前者是 DFN1110 封裝的固有特性。對(duì)于傳統(tǒng)的底部焊盤，評(píng)估焊點(diǎn)的唯一方法是使用 X 射線圖像。問(wèn)題是該過(guò)程昂貴且繁瑣，從而導(dǎo)致制造成本增加。可濕性側(cè)面通過(guò)將焊點(diǎn)移動(dòng)到側(cè)面來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)目視檢查。因此，工程師可以期望顯著降低擁有成本和制造成本。

高結(jié)溫

ESDCAN03-2BM3Y 在可靠性測(cè)量中也很突出，因?yàn)?ST 認(rèn)證的結(jié)溫為 175 oC。這個(gè)數(shù)字本身可能聽(tīng)起來(lái)很自夸，因?yàn)檐噧?nèi)沒(méi)有任何東西可以達(dá)到這個(gè)數(shù)字。但是，我們繼續(xù)提供此類評(píng)級(jí)的原因是為了確保我們滿足當(dāng)前執(zhí)行的每一項(xiàng)任務(wù)配置文件。工程師不必要求 ST 進(jìn)行更多的可靠性測(cè)試，他們也不會(huì)有意外。我們已經(jīng)在超出行業(yè)要求的溫度下運(yùn)行了基準(zhǔn)測(cè)試。因此，公司將很快知道該組件是否滿足他們的要求。

電動(dòng)汽車挑戰(zhàn)

設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)正面臨著以漏電流形式實(shí)現(xiàn)車輛電氣化的新挑戰(zhàn)。制造商總是有嚴(yán)格的要求，但現(xiàn)在比以往任何時(shí)候都更加嚴(yán)格。事實(shí)上，工程師必須處理這樣一個(gè)事實(shí)，即即使在停機(jī)數(shù)周后，電動(dòng)汽車仍必須在停車且未充電的情況下啟動(dòng)。因此，由于在汽車處于睡眠模式時(shí)泄漏電流會(huì)耗盡電池，因此將其保持在最低限度至關(guān)重要，否則用戶將不相信他們的車輛能夠可靠地工作。因此，許多汽車制造商要求其 TVS 的最大漏電流僅為 100 nA。EDSCAN03-2BM3Y 的漏電流為 50 nA，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了這些預(yù)期。結(jié)果，工程師獲得了更多的空間，這將簡(jiǎn)化他們的設(shè)計(jì)操作。

審核編輯：郭婷