一、CAN總線概述

CAN總線是一種基于雙線差分信號傳輸的通信接口，其物理層標準嚴格遵循ISO 11898-2規范。這一物理層架構主要由CAN收發器和一對雙絞線構成，這兩根線將所有CAN網絡上的節點緊密連接在一起，實現高效的數據通信。

 

在CAN網絡中，連接CAN收發器與通信電纜的兩條關鍵線路分別被標識為CANH（高電平線）和CANL（低電平線）。這兩條線路通過差分信號傳輸信息，即利用CANH與CANL之間的電壓差來表示邏輯狀態，這種方式增強了信號的抗干擾能力和傳輸距離。

 

為了進一步確保信號傳輸的穩定性和減少信號反射及高頻噪聲的干擾，ISO 11898-2標準推薦使用分裂終端電阻（通常為120Ω）來端接CANH和CANL線路。這種終端電阻的設置方法有助于吸收線路上的反射波，從而優化信號質量，提高通信的可靠性和穩定性。因此，在設計和部署CAN網絡時，合理配置終端電阻是一個重要的考慮因素。CAN總線典型應用如圖所示：

 

 

圖1 CAN總線典型應用

 

CAN協議可根據其通訊速率高低分為以下幾類，具體如下：

高速CAN（HS）：通信速率范圍125Kbps至1Mbps，屬于閉環總線，傳輸速率高，廣泛應用于需要高速數據傳輸的汽車總線系統。

低速CAN（LS）：通信速率范圍10Kbps至125Kbps，屬于開環總線，傳輸距離較長，在40kbps速率下，總線長度可達1000米，適用于對傳輸速率要求不高的場合。

靈活數據速率（CAN FD）：通信速率可達5Mbps，并且兼容經典CAN，在保留經典CAN優點的基礎上，通過增加數據場的長度和采用新的編碼方式，顯著提高了數據傳輸的帶寬和效率，適用于需要傳輸大量數據且對實時性要求較高的場合。

具有信號改善的CAN（CAN SIC）: 通信速率可達8Mbps，CAN SIC一種特殊的CAN收發器技術，它旨在通過特定的信號處理技術來改善CAN總線上的信號質量，從而提高通信的可靠性和效率。

 

二、CAN總線ESD保護要求

 

現實中，許多CAN總線收發器都具有內置的ESD保護單元，但考慮到芯片整體尺寸大小，ESD保護單元的最高能抵御約8kV的靜電沖擊。如上文所述，根據不同的應用場景，CAN芯片實際遭遇的ESD沖擊可能高達30kV，遠遠高于內部ESD保護單元的承受能力，所以為了彌補這一不足，提升系統整體的ESD防護能力，需要使用外部ESD保護二極管對CAN芯片進行ESD防護。以下是選擇ESD器件需要考慮的主要事項和參數：

1) 工作電壓（Vrwm）和極性

在車載環境中，ESD二極管的Vrwm需考慮電池電壓（12V/24V）及潛在電壓倍增（如接電錯誤串聯至24V/48V）。為確保CAN芯片安全，12V系統需用24V ESD二極管，24V系統則需36V ESD二極管。且為防線路故障或誤接，應選用雙向ESD二極管。

2) IEC 61000-4-2等級

IEC 61000-4-2標準定義了模擬現實ESD沖擊的波形，因某些環境因素會使ESD沖擊更加劇烈，建議至少最小接觸等為15kV的ESD二極管。

3) ISO 10605 等級

ISO 10605等級標準定義了一種模擬汽車環境中實現ESD沖擊的波形，電阻和電容的組合為330pF/330Ω，此標準比IEC 61000-4-2的沖擊更大，要在嚴酷的車載環境中承受ESD沖擊，建議ESD二極管的最小接觸等級為15kV。

4) 鉗位電壓

鉗位電壓Vc的要求因使用的CAN收發器而異，需要注意的是鉗位電壓應低于CANH與CANL引腳的絕對最大等級。

 

三、湖南靜芯CAN接口大通流能力ESD介紹

湖南靜芯推出超大功率24V兩路雙向器件SENC23T24V2BD（可提供車規級）,應用于CAN BUS通訊接口保護。該器件在SOT-23封裝內集成ESD器件，相較于市面上同類型防護器件，在同等測試環境中，擁有更高的峰值電流Ipp，更強的防浪涌能力，更低的鉗位電壓Vc，能對CAN總線提供更好的靜電和浪涌防護。SENC23T24V2BD與市面上比較熱門的CAN總線ESD防護器件的參數對比，如圖所示： 

 

參數對比圖

 

現選取某品牌CAN總線芯片，進行不外接ESD保護二極管靜電測試，測試模型皆為IEC模型，測試數據如下：

 

某品牌CAN芯片靜電測試

 

可以看出這款CAN芯片，在不外接ESD保護二極管時，芯片本身有6kV的靜電防護能力，接下來將外接ESD防護二極管SENC23T24V2BD與市面上熱門產品進行對比測試，分別對CAN芯片進行靜電測試，測試結果如圖：

 

測試數據匯總

從測試結果得出，靜芯微研制的SENC23T24V2BD與市面上同類型產品有著更優異的防靜電能力，能對CAN接口提供安全可靠的工作環境。

應用信息

 

典型應用方案

 

電氣特性表如圖所示：

 

湖南靜芯是一家專門從事高可靠性器件與芯片設計的高新技術企業，為客戶提供面向汽車、工業、物聯網等高可靠性傳感器及相關芯片、半導體器件和應用系統等產品和服務。

 

· 在分立器件方向具有自帶完整ESD/TVS/TSS/MOS等器件工藝技術和產品；

· 在集成電路芯片方向提供高可靠性的光電集成信號處理/TDS/OVP等芯片技術和產品；

· 在設計服務方面提供片上集成抗雷擊高性能ESD/TVS委托開發設計。