LIN接口靜電放電防護方案

方案簡介

LIN數據線是Local Interconnect Network（局部互聯網絡）的簡稱，是一種專為汽車分布式電子系統設計的低成本串行通信機制。LIN總線的目的是現有汽車網絡（比如CAN總線通訊）提供輔助功能，在不需要CAN總線的寬帶和多功能的場合下，使用LIN總線能夠大大地節約成本。常用于連接車輛中的各種控制單元，如傳感器、執行器和其他電子設備，實現如門控制、窗戶控制、座椅控制等車輛內部的基本功能。這些功能對數據傳輸的實時性和帶寬要求不高，因此LIN總線成為了一個理想的選擇。

由于LIN總線接口連接器外露于外部環境中，容易受到靜電放電（ESD）的影響。因此，電子工程師需要設計具有保護二極管的LIN接口，以為LIN收發器本身和相應的下游總線元件提供保護。此方案采用雙向非對稱ESD靜電保護元器件，具有導通電壓精度高、響應速度快、寄生電容值低、鉗位電壓低的特性，在不影響數據傳輸的前提下滿足IEC61000-4-2 Level 4靜電放電防護需求，且做到成本最優化。

LIN總線工作原理

LIN 是一種經濟高效的單線通信接口，優點在于減少空間占用。其數據傳輸速率不是關鍵因素，最高運行可達20Kbit/s。LIN儀表系統架構包含一個主導節點與最多15個從屬節點，它們遵循ISO 17897標準，共同連接至同一條LIN總線上。此總線系統以車輛電池（通常為12V）為偏置電源。下圖直觀呈現了LIN收發器節點，該節點直接由汽車電池供電，并通過單條LIN線路實現連接。

LIN報文幀由幀頭（Hearder）與應答（Response）兩部分組成。如下圖所示，傳輸過程中，主機節點負責發送幀頭；從機節點負責接收幀頭，然后作出解析決定發送應答，還是接收應答或不回復。

LIN總線主要負責如下任務：

調度總線上幀的傳輸次序；

監測數據，處理錯誤；

作為標準時鐘參考；

接收從機節點發出的總線喚醒命令；

從機任務不能直接向總線發送數據，需要接受到主節點發送的幀頭后，根據幀頭所包含的信息來判斷。

LIN接口的ESD保護要求

在為LIN總線選擇ESD保護器件時我們需要考慮如下要求：

IEC 61000-4-2 等級：

IEC 61000-4-2 測試標準規定了實際的靜電放電（ESD）的沖擊力，它比常見的人體放電模型（HBM）更為嚴格。對于LIN收發器這類元件，它們至少需要具備能在組裝和制造過程中防止HBM靜電沖擊的保護能力，但是這樣的保護水平可能不足以應對用戶日常使用環境下可能遇到的系統級ESD問題。因此，推薦使用IEC 61000-4-2標準中15kV的防護等級，如果有更高要求，還可以選擇30kV的更高防護等級來應對更嚴峻的靜電挑戰。

工作電壓：

LIN 總線不得超過 ESD 二極管反向工作電壓 (VRWM)。LIN 總線的工作電壓范圍為 9V 至 18V。為了降低電池快速啟動不當的風險，當兩個 12V 電池串聯時，需要 24VRWM。此外，18 輪車等大型車輛使用 24V。

電容：

在大多數應用中，為實現正確的傳輸并盡量降低噪聲，LIN 跟隨器節點電容不得超過 220pF。為了實現設計靈活性，建議選擇電容最小的二極管（建議最大值為 50pF）。

鉗位電壓：

鉗位電壓必須小于 LIN 收發器的絕對最大額定電壓，通常最大為 ±45V。鉗位電壓是受保護 IC 在 ESD 沖擊期間承受的壓降，必須低于收發器的最大額定電壓。

極性：

為避免由于電池接線故障使 LIN 總線上產生負直流電壓而導致損壞，需要使用雙向二極管。

漏電流：

LIN 收發器處于低功耗模式（如果適用）時，建議使用較低的最大漏電流額定值，以便讓二極管在低于工作電壓運行時節約電能。

應用示例

我們為LIN總線推薦一種單路非對稱ESD防護器件SENC1524，其Pin1到Pin2的工作電壓為15V，IPP為12A，鉗位電壓為28V；Pin2到Pin1的工作電壓為24V，IPP為8A，鉗位電壓為48V。符合IEC 61000-4-2 (ESD) 規范，可在 ±30kV（空氣）和 ±30kV（接觸）下提供瞬變保護。

型號參數

電氣特性表

At TA = 25℃ unless otherwise noted

總結與結論

由于LIN總線廣泛應用于汽車內部多個電子控制單元之間的低成本高效率的通信，所以選擇正確的ESD保護器件在車輛控制領域十分重要。ELECSUPER SEMI研發各種低電容低鉗位電壓的ESD和TVS保護器件，包含常規級和車規級，可按照客戶需求性能與封裝提供定制化開發服務，為各種接口及通信線路提供值得信賴的保護器件。以上解決方案是保護LIN總線的優選之策，確保數據傳輸的可靠與穩定。

審核編輯 黃宇