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用于CAN总线的汽车级瞬态电压抑制器ESDCAN03-2BM3Y

星星科技指导员 来源:意法半导体 作者:意法半导体 2022-05-11 14:29 次阅读

ST推出的ESDCAN03-2BM3Y,这是首款用于CAN总线的汽车级瞬态电压抑制器,采用小型DFN1110封装,线路电容仅为3.3 pF,1 A钳位电压为33 V. 该设备是工程师在设计汽车控制单元时面临的令人兴奋的挑战的直接结果。随着传感器和处理单元的增加,设计人员必须在很小的表面上封装大量组件。此外,其中一些组件对于驾驶员和乘客的安全至关重要。例如,防撞系统、安全气囊或防抱死系统都使用控制器局域网总线(或 CAN 总线)。在笔记本大小的 PCB 上集成许多 CAN 控制器时会出现问题。除了空间限制外,封装系统还面临工程师在交付设计之前必须克服的许多电气问题。

综合战略的好处

设计团队与大量的制造商和解决方案竞争,这可能会让人眼花缭乱。因此,ESDCAN03-2BM3Y 的独特之处不仅在于其电气功能,还在于它代表了 ST 整体汽车战略的另一个组成部分。当工程师寻找微控制器时,他们可以求助于SPC5 MCU。需要更精确的 GNSS 接收器?TeseoV是当今唯一的双频和三频型号。从尾灯系统到电源管理等等,当团队与同一个合作伙伴一起处理项目的更多方面时,他们将受益于更好的支持和更具成本效益的解决方案。新的 TVS 设备再次提醒我们希望在汽车领域提供补充解决方案。借助 ESDCAN03-2BM3Y,我们提供了一种保护 CAN 总线免受密度和可靠性挑战的新方法。

ESDCAN03-2BM3Y:高密度PCB的解决方案

太空挑战

处理高密度 PCB 时最明显的挑战是其空间限制。然而,以更小的封装设计 TVS 本身就是一个需要解决的复杂问题。在前几代设备中,ST 有时会在一个屋檐下集成多个芯片。搬到更小的外壳必然会限制我们一次可以使用的模具数量,这会对性能产生负面影响。因此,我们的工程师需要找到一种解决方案来提高性能,同时只使用一个芯片和更小的封装。

使 ESDCAN03-2BM3Y 成为可能的创新来自 ST 所谓的“垂直技术”。最初用于智能手机的组件,它采用垂直 PN 结。结果,信号从器件顶部进入,从基板底部离开,反之亦然。ST 现在可以在 ESDCAN03-2BM3Y 中使用这项技术,因为我们的团队设法将其适应 24 V 设备。除了实现更小的封装外,使用垂直结构还意味着电气路径明显更短。随着我们从水平技术中的毫米级转向微米级,我们的解决方案享有更低的电阻路径,从而对整体性能产生积极影响。

寄生挑战

从事高密度 PCB 工作的工程师必须克服的另一个问题与寄生干扰有关。事实上,电路板上的轨道太多了,设计人员知道他们必须处理电感问题。因此,保护​​ CAN 总线的设备必须具有固有的低电容以避免问题复杂化。这一挑战如此严峻,以至于汽车制造商自己提出了硬性限制,他们中的大多数要求保护 CAN 总线的设备的线路电容小于 6 pF。然而,获得低电容具有挑战性,因为这种权衡可能会对组件的其他电气特性产生负面影响。

因此,ESDCAN03-2BM3Y 在业界是独一无二的,因为它实现了仅3.3 pF的线路电容,远低于制造商的要求,从而在处理其他组件时为工程师提供了更多的空间。ST 凭借其新的封装技术和设备架构实现了这一壮举。我们的研发工程师采用了智能手机中使用的最新芯片技术结构,以最大限度地减少有源区域的寄生电容。因此,我们显着降低了整体线路电容。简而言之,我们的工程师优化了架构,以提供比当今任何其他竞争设备更好的规格。

瞬态耦合挑战

最后,封装 PCB 中可能出现的第三个困难来自瞬态耦合。在微小的表面上存在大量组件意味着瞬态电压抑制器必须尽可能靠近 CAN 连接器,以避免可能损坏附近设备的静电放电传播。这就是工程师密切关注 TVS 的钳位能力以了解在面临浪涌时通过多少电压的原因。许多工程师的问题是较低的线路电容往往会增加钳位电压。而且,正如我们之前看到的,汽车制造商需要低线路电容。

与竞争器件相比,ESDCAN03-2BM3Y 通过提供最低的线路容量和最低的最大钳位电压解决了这个难题。由于该器件的低动态电阻,ST 工程师在 3 A 时实现了 32 V 的钳位电压。事实上,改进封装可以优化芯片尺寸,从而提供更好的夹持性能。相比之下,大多数竞争器件在 1 A 时的钳位电压超过 40 V。重要的是,公司经常密切关注这些数字,因为它们是更强大实施的代名词。

ESDCAN03-2BM3Y:下一代汽车的解决方案

制造挑战

在工程师评估设备的规格后,他们通常会进入资格认证阶段,这可能会变得很棘手。即使团队找到了有史以来最好的 TVS,与大规模生产不兼容的模型也无法使用。此外,制造商通常会建立任务配置文件,即设定最低可靠性要求的文件。例如,一家公司将要求 TVS 在特定温度下运行最少小时数。当瞬态电压抑制器背后的公司没有运行与任务配置文件匹配的测试时,问题就出现了。在这种情况下,TVS 制造商将不得不进行新的试验,这既费时又可能延迟特定项目。

可湿性侧翼

ESDCAN03-2BM3Y 注意到了这些问题,并以可润湿侧面和经认证的 175 ºC 结温形式提供了解决方案。前者是 DFN1110 封装的固有特性。对于传统的底部焊盘,评估焊点的唯一方法是使用 X 射线图像。问题是该过程昂贵且繁琐,从而导致制造成本增加。可湿性侧面通过将焊点移动到侧面来解决这个问题,从而实现自动目视检查。因此,工程师可以期望显着降低拥有成本和制造成本。

高结温

ESDCAN03-2BM3Y 在可靠性测量中也很突出,因为 ST 认证的结温为 175 ºC。这个数字本身可能听起来很自夸,因为车内没有任何东西可以达到这个数字。但是,我们继续提供此类评级的原因是为了确保我们满足当前执行的每一项任务配置文件。工程师不必要求 ST 进行更多的可靠性测试,他们也不会有意外。我们已经在超出行业要求的温度下运行了基准测试。因此,公司将很快知道该组件是否满足他们的要求。

电动汽车挑战

设计团队正面临着以漏电流形式实现车辆电气化的新挑战。制造商总是有严格的要求,但现在比以往任何时候都更加严格。事实上,工程师必须处理这样一个事实,即即使在停机数周后,电动汽车仍必须在停车且未充电的情况下启动。因此,由于在汽车处于睡眠模式时泄漏电流会耗尽电池,因此将其保持在最低限度至关重要,否则用户将不相信他们的车辆能够可靠地工作。因此,许多汽车制造商要求其 TVS 的最大漏电流仅为 100 nA。EDSCAN03-2BM3Y 的漏电流为 50 nA,远远超出了这些预期。结果,工程师获得了更多的空间,这将简化他们的设计操作。

审核编辑:郭婷

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