戰(zhàn)勝多重挑戰(zhàn)--ESDCAN03-2BM3Y新型瞬態(tài)電壓抑制器用于高密度 PCB 中 CAN 總線

時(shí)間：2021-08-19 16:26:19

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戰(zhàn)勝多重挑戰(zhàn)--ESDCAN03-2BM3Y新型瞬態(tài)電壓抑制器用于高密度 PCB 中 CAN 總線

意法半導(dǎo)體于推出了首款用于 CAN 總線的汽車級(jí)瞬態(tài)電壓抑制器ESDCAN03-2BM3Y，該器件采用小型DFN1110 封裝，線路電容僅為 3.3 pF，1 A 條件下鉗位電壓為 33 V。在設(shè)計(jì)汽車控制單元時(shí)，工程師可通過(guò)該器件應(yīng)對(duì)期間出現(xiàn)的各種困難。隨著傳感器和處理單元的增加，設(shè)計(jì)人員必須在較小的表面上封裝大量組件。而且，其中一些組件對(duì)駕駛員和乘客的安全至關(guān)重要。例如，防撞系統(tǒng)、安全氣囊或防抱死系統(tǒng)均使用控制器局域網(wǎng)總線（或CAN 總線）。將許多 CAN 控制器集成到一塊筆記本大小的 PCB 上時(shí)，會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題。除了空間限制外，工程師在交付設(shè)計(jì)之前，封裝系統(tǒng)還需克服眾多電氣問(wèn)題。
戰(zhàn)勝多重挑戰(zhàn)--ESDCAN03-2BM3Y新型瞬態(tài)電壓抑制器用于高密度 PCB 中 CAN 總線

綜合策略的優(yōu)勢(shì)

設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)通常要忙于應(yīng)對(duì)諸多制造商和解決方案。ESDCAN03-2BM3Y的獨(dú)特之處不僅在于其電氣性能，還在于它代表了意法半導(dǎo)體整體汽車策略的另一部分。工程師尋找微控制器時(shí)，可以求助SPC5 MCU。是否需要更精確的GNSS接收器？TeseoV是目前唯一的雙頻及三頻型號(hào)產(chǎn)品。從尾燈系統(tǒng)到電源管理，當(dāng)團(tuán)隊(duì)與同一個(gè)合作伙伴一起處理項(xiàng)目時(shí)，他們將獲得更好的支持和更具成本效益的解決方案。新型TVS器件再次體現(xiàn)了我們?cè)谄囶I(lǐng)域提供補(bǔ)充解決方案的愿望。借助ESDCAN03-2BM3Y，我們提供了一種新方法，幫助CAN總線應(yīng)對(duì)密度和可靠性方面的挑戰(zhàn)。

戰(zhàn)勝多重挑戰(zhàn)--ESDCAN03-2BM3Y新型瞬態(tài)電壓抑制器用于高密度 PCB 中 CAN 總線

ESDCAN03-2BM3Y：高密度 PCB 解決方案

空間挑戰(zhàn)

【ESDCAN03-2BM3Y】

處理高密度 PCB 時(shí)最顯而易見(jiàn)的挑戰(zhàn)就是空間限制。然而，在更小的封裝中設(shè)計(jì) TVS 本身就是一個(gè)需要解決的復(fù)雜問(wèn)題。前幾代的器件中，意法半導(dǎo)體有時(shí)會(huì)在一個(gè)封裝中集成多個(gè)芯片。轉(zhuǎn)移到更小的封裝內(nèi)必然會(huì)限制一次可以使用的芯片數(shù)量，從而對(duì)性能產(chǎn)生負(fù)面影響。因此，我們的工程師需要找到一種解決方案來(lái)提高性能，僅用一個(gè)芯片并縮減封裝。
來(lái)自意法半導(dǎo)體的“垂直技術(shù)”使 ESDCAN03-2BM3Y 創(chuàng)新成為可能。該技術(shù)最初用于智能手機(jī)組件，采用垂直PN 結(jié)。信號(hào)從器件頂部進(jìn)入，從基板底部離開(kāi)，也可從基板底部進(jìn)入，再?gòu)捻敳侩x開(kāi)。如今，意法半導(dǎo)體的團(tuán)隊(duì)使這項(xiàng)技術(shù)適應(yīng)了 24 V 器件，因而能在ESDCAN03-2BM3Y 中加以運(yùn)用。除了減小封裝外，使用垂直結(jié)構(gòu)還能顯著縮短電氣路徑。當(dāng)我們從水平技術(shù)中的毫米轉(zhuǎn)到微米時(shí)，我們的解決方案具有更低的電阻路徑，對(duì)整體性能也能產(chǎn)生積極影響。

寄生挑戰(zhàn)

從事高密度 PCB 工作的工程師必須克服的另一個(gè)問(wèn)題是寄生干擾。事實(shí)上，面對(duì)電路板上繁多的軌道，設(shè)計(jì)人員必然要處理電感問(wèn)題。因此，保護(hù)CAN 總線的器件必須具有固有低電容，以避免問(wèn)題復(fù)雜化。該項(xiàng)挑戰(zhàn)具有關(guān)鍵意義，以至于汽車制造商紛紛提出了硬性限制，其中大多數(shù)要求保護(hù) CAN 總線的器件線路電容小于6 pF。然而，要獲得低電容并非易事，因?yàn)檫@種折中行為會(huì)對(duì)組件的其他電氣特性產(chǎn)生負(fù)面影響。
因此，ESDCAN03-2BM3Y 成為行業(yè)獨(dú)一無(wú)二的選擇，因其線路電容僅為3.3 pF，遠(yuǎn)低于制造商的要求，從而在處理其他組件時(shí)為工程師提供了更多的空間。意法半導(dǎo)體憑借其全新的封裝技術(shù)和設(shè)備架構(gòu)達(dá)成了上述成就。我們的研發(fā)工程師采用了智能手機(jī)中使用的最新芯片技術(shù)結(jié)構(gòu)，以最大限度地減少有源區(qū)域的寄生電容。通過(guò)這樣的方式，我們顯著降低了整體線路電容。簡(jiǎn)而言之，我們的工程師優(yōu)化了架構(gòu)，使器件規(guī)格超越了現(xiàn)今任何一款其他競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品。

瞬態(tài)耦合挑戰(zhàn)

最后，封裝 PCB 中可能出現(xiàn)的第三個(gè)困難來(lái)自瞬態(tài)耦合。在很小的表面上存在大量組件，意味著瞬態(tài)電壓抑制器必須盡可能靠近CAN 連接器，以免靜電放電傳播損壞附近的器件。正因如此，工程師才需要密切關(guān)注 TVS 的鉗位能力，以了解浪涌時(shí)的電壓大小。許多工程師面臨的問(wèn)題是較低的線路電容往往會(huì)增加鉗位電壓。而且，正如我們之前看到的，汽車制造商需要較低的線路電容。
與競(jìng)爭(zhēng)器件相比，ESDCAN03-2BM3Y 通過(guò)提供最低的線路容量和最低的最大鉗位電壓解決了這個(gè)難題。由于該器件的低動(dòng)態(tài)電阻，意法半導(dǎo)體工程師在3 A 時(shí)實(shí)現(xiàn)了 32 V 的鉗位電壓。改進(jìn)封裝可以優(yōu)化芯片尺寸，從而提供更好的鉗位性能。相比之下，大多數(shù)競(jìng)爭(zhēng)器件在 1 A 時(shí)的鉗位電壓均超過(guò) 40 V。更重要的是，因?yàn)檫@些數(shù)值意味著更穩(wěn)健的執(zhí)行能力，所以各大公司都會(huì)對(duì)其予以密切關(guān)注。
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ESDCAN03-2BM3Y：下一代汽車解決方案

制造挑戰(zhàn)

在工程師評(píng)估器件的規(guī)格后，通常會(huì)進(jìn)入鑒定階段，期間可能會(huì)面臨困難。因?yàn)?，即使團(tuán)隊(duì)找到了有史以來(lái)最好的 TVS，與大規(guī)模制作不兼容的型號(hào)同樣不具備可用性。此外，制造商通常會(huì)建立任務(wù)概述以設(shè)定最低可靠性要求。例如，要求TVS 在特定溫度下運(yùn)行最少小時(shí)數(shù)。一旦瞬態(tài)電壓抑制器的用戶公司沒(méi)有運(yùn)行與任務(wù)概述匹配的測(cè)試，問(wèn)題就會(huì)出現(xiàn)。在這種情況下，TVS 制造商將不得不進(jìn)行新的試驗(yàn)，不僅耗時(shí)，還可能延遲特定項(xiàng)目。

可潤(rùn)濕側(cè)翼

ESDCAN03-2BM3Y 注意到這些問(wèn)題，并以可潤(rùn)濕側(cè)翼封裝的形式和經(jīng)認(rèn)證的 175 oC 結(jié)溫提供解決方案。前者是 DFN1110封裝的固有特性。對(duì)于傳統(tǒng)的底部焊盤，評(píng)估焊點(diǎn)的唯一方法是使用X射線圖像。但該過(guò)程昂貴且繁瑣，還會(huì)導(dǎo)致制造成本增加。可潤(rùn)濕側(cè)翼通過(guò)將焊點(diǎn)移至側(cè)面解決了這個(gè)問(wèn)題，從而實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化的目視檢查。因此，工程師們有望顯著降低持有成本和制造成本。

高結(jié)溫能力

經(jīng)意法半導(dǎo)體認(rèn)證，ESDCAN03-2BM3Y 以 175 oC 的結(jié)溫，在可靠性檢測(cè)中脫穎而出的。這一成績(jī)看似脫離實(shí)際，因?yàn)槿魏诬噧?nèi)器件都不會(huì)達(dá)到這個(gè)水平。然而，我們之所以持續(xù)提供這樣的評(píng)級(jí)，是為了確保我們滿足當(dāng)前執(zhí)行的每一個(gè)任務(wù)概述。工程師自然不必要求意法半導(dǎo)體執(zhí)行更多可靠性檢測(cè)。我們已經(jīng)在超過(guò)行業(yè)要求的溫度下運(yùn)行了基準(zhǔn)測(cè)試。所以，各公司將很快知道該組件能否滿足他們的要求。

電動(dòng)汽車挑戰(zhàn)

隨著車輛以泄露電流的形式電氣化，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)面臨著全新的挑戰(zhàn)。盡管制造商始終嚴(yán)格要求，但現(xiàn)在的情況要比以往更加嚴(yán)格。工程師們必須確保：即使在停放數(shù)周之后，一輛從未充過(guò)電的電動(dòng)汽車依然能夠啟動(dòng)。由于漏電流會(huì)在汽車處于睡眠模式時(shí)耗盡電池電量，所以為了達(dá)到這一目的，必須將漏電流保持在最低水平，否則用戶就無(wú)法確信車輛能夠可靠地工作。為此，許多汽車制造商要求其TVS 的最大漏電流僅為 100 nA。EDSCAN03-2BM3Y 的漏電流為 50 nA，遠(yuǎn)超此預(yù)期。由此，工程師便能獲得更多空間，以簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)操作。