在控制器区域网络(CAN)中使用贴片压敏电阻和TVS二极管时的4个要点

1968年开发的氧化锌压敏电阻用于保护二极管免受雷击。另一方面，二极管主要用于整流，其用途不同。因此，产品目录和数据表中记载的不同项目很多，现在也难以单纯地进行比较。在Automotive Electronics Council（车载电子部件评议会）制定的规格中，AEC-Q101适用于TVS二极管，AEC-Q200适用于压敏电阻，其内容大不相同。    

图1 历史    

贴片压敏电阻与TVS二极管的区别

结构  

贴片压敏电阻是主要以氧化锌为基础的陶瓷半导体产品。主要采用下图所示的积层结构，通过积层张数、层间的调整，可以控制击穿电压、静电容量。而TVS二极管是P型半导体和N型半导体结合而构成的，是硅基ESD防护器件。在二极管中，也有使用Au丝等的情况。  

图2 贴片压敏电阻   

图3 TVS二极管   

I-V曲线  

II-贴片压敏电阻和TVS二极管的电阻值会随施加电压的变化而改变。贴片压敏电阻可以进行双向静电保护。TVS二极管以前大多是有方向性的，但最近双向的TVS二极管也增加了。但是，由于存在因方向性不同而不同的情况，所以需要注意。  

图4 I-V曲线   

对施加过电压的反应速度  

从盘型压敏电阻等初期的压敏电阻时的记忆中，压敏电阻的反应速度慢，经常听到这样的话。但是，如下图所示，贴片压敏电阻和TVS二极管对施加过电压的反应速度一样。施加IEC61000-4-2 HBM +8kV后，在1ns以内达到峰值，400ns后施加在保护部件上的电压值几乎为0。   

图5 对施加过电压的反应速度   

静电容量  

压敏电阻和TVS二极管的静电容量幅度大不相同。由于贴片压敏电阻采用积层结构，所以可以通过增加内部电极的层数，增加静电容量。用EIA0805以下的尺寸进行比较时，如下图所示，静电容量的最大值有近100倍的差距。因此，在必须并联放入MLCC的线路中，也有可以用单个贴片压敏电阻应对的情况。   

图6 静电容量   

其他特性  

其他的温度特性和插入损耗等，虽然贴片压敏电阻和TVS二极管有一些不同，但在用相同规格比较时动作相同。由于在各数据表中记载了它们各自的动作，所以可以与TVS二极管进行比较。  

图7 其他特性   

在控制器区域网络(CAN)中使用贴片压敏电阻和TVS二极管时的4个要点

为了保护CAN Tranceiver，在控制器区域网络(CAN)中使用静电保护部件。在此介绍在CAN线上选定静电保护部件时的要点。    

最大允许电路电压  

在控制器区域网络(CAN)串行总线拓扑结构中，使用CANH、CANL信号后，可获得显性(dominant)和隐性(Recessive)的电平状态。显性时，在CANH线上施加3.5V左右的电压，静电保护部件在此电压时必须作为绝缘体发挥作用。因此，在这次的情况下，需要选择最大允许电路电压为3.5V以上的静电保护部件。    

此外，静电保护部件的漏电流具有温度依赖性，还需要考虑实际使用时的温度环境。下图是典型的贴片压敏电阻和TVS二极管的漏电流温度特性。随着高温的升高，漏电流会变大，但设计时使之低于50uA。   

图8 漏电流温度特性   

静电容量  

CAN的最大通信速度为1Mbps，电路中并联插入的静电保护部件不能妨碍这种通信。1Mbps(=0.5 MHz)时，必须选择插入损耗小的产品。下图表明，可用于CAN通信的贴片压敏电阻和TVS二极管的插入损耗不会影响任何产品的通信。   

图9 贴片压敏电阻和TVS二极管的插入损耗   

浪涌保护能力  

静电保护部件用于保护成套使用的IC和外围器件。例如，下面是用于车载CAN Tranceiver的ESD耐量。   

表1 ESD Durabitily of CAN Tranceiver for each IC  

从这个表可以看出，如果在CAN Tranceiver施加4kV以上的电压，可能会损坏。此外，以下TLP数据表明，在相当于ESD 4kV的测试中，相当于8A的电流流过CAN Tranceiver。   

图10 TLP数据  

如果不使用静电保护部件，4kV的静电会导致8A电流流向CAN Tranceiver，CAN Tranceiver会损坏。另一方面，从以下图可知，由于施加电压，压敏电阻、TVS二极管的电阻值急剧下降到2Ω以下。 

图11 TLP数据  

因此，因施加ESD产生的大部分电流流向保护元件，可保护CAN Tranceiver。通过TLP数据，可以在设计时使用模拟的方式来确认流向CAN Tranceiver的电流。这一次，举了一个简单的例子，如果知道其他电子部件的特性值，可以在实际测试之前确认ESD耐量。   

ESD耐量  

在许多情况下，需要成套部件的ESD耐量，也要求静电保护元件具有的性能。产品的ESD耐量可以通过数据表确认。

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