引言：ESD保護一直是電子設計的重要組成部分，隨著集成水平的不斷提高，工藝幾何形狀的不斷縮小，ESD引起的損傷比以往任何時候都更具威脅性，再加上對便攜式電子產品日益增長的需求，ESD保護已成為系統級的一個重要問題。隱藏在系統中的ESD問題，會增加現場故障的風險，縮短系統壽命，以及其他難以管理且解決成本高昂的質量相關問題，與現場維修和產品召回相關的售后成本可能會造成嚴重損失，質量問題還會嚴重損害品牌。

1.ESD防護導論

在ESD沖擊的情況下，ESD二極管將被擊穿并產生低阻抗路徑通過將電流轉移到地來限制峰值電壓和電流，從而保護IC。

圖3-1：ESD/TVS管作用路徑

圖3-2將典型的無保護ESD沖擊（紅色）的峰值電壓與具有ESD二極管保護的信號線上的相同ESD沖擊（青色）進行比較。

圖3-2：靜電前后波形

基于先進工藝的半導體器件僅提供器件級ESD規范，而測試使用的是充電器件模型（CDM）和人體模型（HBM）。器件級ESD規范不足以保護系統中的設備，系統級ESD沖擊相關的能量遠高于器件級ESD沖擊，這意味著需要更穩健的設計來防止這種多余的能量。為系統添加全面的ESD保護不僅是智能工程，也是在產品生命周期后期預防問題的一種低成本、簡單的方法，完善和穩健的ESD防護體系具備以下特征：

1：更大的系統級抗擾度（IEC61000-4-2 4級及以上標準）。

2：超低箝位電壓，即使是SoC設備中最新、最小的幾何形狀也能得到保護。

3：將對總線和接口信號完整性的影響降至最低。

4：低漏電流，實現最大能效和模擬接口失真最小化。

5：在單個設備中結合多線保護的陣列。

6：簡化PCB設計以優化布局的封裝。

2.LIN基礎

LIN是面向低成本汽車和工業應用網絡的通用接口支線，如果對CAN網絡所具備的更高數據速率和通用性沒有要求，則通常會使用該接口。該接口可將模塊連接至與現有CAN網絡連接的子總線，使用LIN的典型模塊包括座椅、門鎖、車鏡，或者作為傳感器的接口，例如降雨探測器。該接口使用單線串行通信協議，以低速運作，最大數據速率為20kbit/s，總線電壓電平與電源電壓大致相同，在12V板級系統電壓中，通常為14.4V。

3.LIN的ESD防護分析

LIN收發器建議在LIN總線連接上提供外部ESD保護，以便擴展模塊可耐受的ESD電壓電平，保護其免受組裝或維護過程中引入的可能ESD事件的影響，以保持系統的魯棒性。此外，應該選擇能夠耐受最大電池電壓且不會受損的ESD保護二極管，以防LIN總線線路短接至電池線路。對于12V板節點，最大電池電壓為16V，但通常也會考慮從24V卡車電池快速啟動。相對于局部ECU接地，ECU的動作電壓范圍定義在8V至18V之間，根據該范圍定義，VRWM應高于18V，雙向ESD二極管通常用于擊穿電壓大于±27V的LIN總線應用，具體原因如下。

LIN總線使用單端傳輸，在EMC測試期間，電容耦合射頻信號等的電壓電平可能會超過二極管的擊穿電壓。如果電壓超過ESD保護二極管的擊穿電壓，則通信信號被限制到二極管的鉗位電壓VCL。擊穿電壓越高，EMC測試電平開始產生影響（即干擾顯性和隱性電壓電平）的時間就越遲，整體系統對感應噪聲和EMI具有更高的耐受性。如果二極管的VBR≥27V，則收發器模塊可通過汽車行業所要求的典型EMC測試。為避免影響模塊的EMC性能，可以說擊穿電壓越高越好。另一方面，對于ESD事件，必須實現足夠的鉗位性能。此外，二極管電容Cd必須低于100pF，這樣才能在20kbit/s的最大數據速率下保持信號完整性，但是為了盡量減少二極管對系統的總影響，Cd應小于30pF（考慮還有線纜的寄生電容）。

如圖3-3所示，D1保護一條汽車局域互聯網絡（LIN）總線免受ESD和其他瞬態造成的損壞，其不對稱的內部二極管配置確保了受保護的LIN ECU的電磁抗干擾性得到優化。

圖3-3：具有單個設備的LIN系統架構，用于保護LIN節點

4.小結

在更常見的12V電池汽車系統中，由于LIN總線的工作電壓達到電池電壓，因此需要具有24V工作電壓二極管的ESD二極管。這是因為如果在電池充電情況下存在接線錯誤，則可能會產生雙倍的電池電壓。由于單通道類型在布局上具有靈活性，因此通常優選單通道類型，此外，最小化電容有助于增加總線信號完整性的魯棒性。對于LIN總線，推薦表3-1的參數：

表3-1：LIN總線ESD/TVS diode選型參數參考