今天食迈，汽車電子設(shè)備在整車中所占的比例相當(dāng)大。這些電子模塊雖然為汽車用戶帶來了舒適性和安全性，但與此同時(shí)慈省，從汽車環(huán)境中電子模塊的可靠性來分析，也產(chǎn)生了一些不容忽視的問題眠菇。

因?yàn)殡娮幽K對(duì)電磁干擾(EMI)边败、靜電放電(ESD)和其它電氣干擾(汽車本身是這些危害的源頭)十分敏感，所以在汽車環(huán)境中使用電子模塊時(shí)必須慎重考慮捎废。針對(duì)當(dāng)前汽車常見的電氣危害笑窜，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織出臺(tái)了多套電氣保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)致燥。汽車制造商和供應(yīng)商必須考慮這些標(biāo)準(zhǔn)，而只有在電子模塊中增加保護(hù)元器件排截，才能履行這些標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的主要責(zé)任嫌蚤。例如，車載電子模塊必須承受抗ISO7637-2和ISO10605兩大國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電磁干擾和ESD瞬變電壓匾寝。

汽車環(huán)境中的電氣危害

汽車環(huán)境本身包括很多電氣危害的源頭搬葬，汽車的各種零部件，如點(diǎn)火開關(guān)黍鸡、繼電器觸點(diǎn)芜监、交流發(fā)電機(jī)、燃油噴射器等秀坤，都會(huì)產(chǎn)生電磁干擾锦售、靜電放電等電氣干擾。傳導(dǎo)性危害直接出現(xiàn)在線束內(nèi)荒懒；輻射性危害則直接影響電子模塊茉蔗。這些由汽車環(huán)境產(chǎn)生的電氣危害將會(huì)在兩個(gè)方面影響電子模塊：數(shù)據(jù)線和電源線。

電氣危害的傳播

在汽車環(huán)境內(nèi)產(chǎn)生的瞬變事件可能從低能量級(jí)到高能量級(jí)變化装芬，也可能從高能量級(jí)到低能量級(jí)變化锚躺，同時(shí)伴隨著極高的電壓斜率dV/dt。有關(guān)這些電氣危害的主要標(biāo)準(zhǔn)是ISO7637-2和ISO10605援栗，有時(shí)還會(huì)參照IEC61000-4-2標(biāo)準(zhǔn)骄雇，因?yàn)槟承S商在ISO10605標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布前一直使用ESD標(biāo)準(zhǔn)。

ISO7637-2是與電源線應(yīng)用相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)帘惜；ISO10605 (某些廠商使用IEC61000-4-2)是關(guān)于所有的電子模塊的配件如電位計(jì)瑰侥、液晶顯示屏、按鈕和數(shù)據(jù)線連接器的標(biāo)準(zhǔn)稳析。

圖1簡要描述了ISO7637-2和汽車電源線上的主要電涌洗做。

圖1 ISO7637-2和汽車電源線上的主要電涌

數(shù)據(jù)線和電源線應(yīng)用

數(shù)據(jù)線和電源線的限制因素不同。數(shù)據(jù)線應(yīng)用通常有低線路電容的限制彰居，這是高速數(shù)據(jù)線功能所要求的诚纸，同時(shí)，數(shù)據(jù)線還要求高ESD保護(hù)性能陈惰。因此畦徘，選擇一個(gè)低電容和高ESD防護(hù)性能都兼顧的保護(hù)電路比較困難。

另一方面奴潘，雖然電源線應(yīng)用不需要低電容，但是影钉，因?yàn)?/span>ISO7637-2標(biāo)準(zhǔn)施加各種脈沖画髓，找到最適合的保護(hù)元器件也非易事掘剪。例如，甩負(fù)載電涌與繼電器開關(guān)產(chǎn)生的瞬變事件就要使用不同的保護(hù)元器件奈虾。

圖2 如何保護(hù)高速數(shù)據(jù)線

數(shù)據(jù)線保護(hù)

以汽車音響設(shè)備的USB配件為例來探討一下USB的保護(hù)夺谁。USB接口的觸點(diǎn)部分可能受到ESD瞬變事件的影響柴羞，因此寿伊，USB數(shù)據(jù)必須使用一個(gè)專用的保護(hù)元器件恢憋。因?yàn)?/span>USB數(shù)據(jù)線的數(shù)據(jù)傳輸速率通常很高(480Mb/s)银锻，為了不降低正常工作信號(hào)的強(qiáng)度亩咪，就必須使用一個(gè)低電容的保護(hù)元器件惶楼，同時(shí)由它來抑制±25kV ESD的ESD電涌(ISO10605)剩织。使用圖2的拓?fù)淇梢栽诘碗娙菖c高效ESD抑制能力之間找到平衡點(diǎn)确羹。

這個(gè)辦法的實(shí)質(zhì)是在USB接口附近連接一個(gè)保護(hù)元器件噩檬。它由幾支采用軌對(duì)軌結(jié)構(gòu)的二極管組成林邪，本身具有低電容的特性。內(nèi)部鉗位器件為兩條數(shù)據(jù)線提供±25kV ESD (ISO10605)保護(hù)功能肾轨，以及為Vbus電源線提供保護(hù)功能初禁。

假設(shè)軌對(duì)軌保護(hù)器件每條線的電容為2.5pF，預(yù)測這個(gè)保護(hù)拓?fù)涞念l響如圖3所示档徘。

圖3中截止頻率大約為5GHz棘魏，遠(yuǎn)離USB 480Mb/s收發(fā)器的正常工作頻率，因此宝各，USB收發(fā)器可以安全工作烹豫。

圖3 頻響

還有一種方法可以檢查這個(gè)軌對(duì)軌保護(hù)元器件對(duì)USB協(xié)議正常工作模式的影響，就是通過圖4的眼圖響應(yīng)來分析信號(hào)數(shù)據(jù)位的完整性烫止。

從圖4中不難看出蒋荚，USB2.0信號(hào)的完整性沒有受到太大影響，因此它的傳輸是安全的馆蠕。

圖4 眼圖響應(yīng)與USB 2.0模板

軌對(duì)軌保護(hù)解決方案的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在插接外部配件時(shí)（例如汽車音響系統(tǒng)）期升，能夠抑制發(fā)生在外部接口上的ESD電涌。

如果繼續(xù)使用這個(gè)2.5pF內(nèi)部電容的軌對(duì)軌保護(hù)元器件互躬，假設(shè)內(nèi)部鉗位電壓(Vbr擊穿電壓)為6V播赁，則可以預(yù)測空氣放電響應(yīng)ESD ±25kV ISO10605 (150pF/330)。當(dāng)施加+25kV的ESD電涌時(shí)吼渡，模塊電子側(cè)的剩余過壓大約為+35V容为；當(dāng)施加-25kV的ESD電涌時(shí)，模塊電子側(cè)的剩余過壓大約為30V 寺酪。

電源線保護(hù)

車載模塊的電源線保護(hù)是在汽車環(huán)境中需要關(guān)注的另一個(gè)問題坎背，這個(gè)問題涉及ISO7637-2標(biāo)準(zhǔn)。

例如寄雀，為滿足ISO7637-2標(biāo)準(zhǔn)得滤，特別是圖1中的1娇建、2、3a和3b的脈沖要求菊虏，只使用一個(gè)瞬變電壓抑制器(TVS)即可有效保護(hù)車載模塊厘举。

汽車環(huán)境是電氣危害的主要源頭，電子設(shè)備越來越容易受到干擾桦材，所以在設(shè)計(jì)電子模塊時(shí)屋赌，必須慎重考慮電氣危害。為了確保電子模塊和系統(tǒng)的安全炮惕，防護(hù)汽車內(nèi)部產(chǎn)生的各種電氣危害瓜坎，使用保護(hù)元器件成為了一種常用的方法。

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