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CAN总线端口ESD管选单路还是多路更适配?

2026-01-24 15:32:26

CAN 总线端口 ESD 管选单路还是多路,核心取决于CAN 总线的接口类型、PCB 空间、成本预算以及防护等级需求,两者没有绝对的优劣,适配场景不同。

一、单路 ESD 管的适配场景

物理层分裂式布局 CAN_H 与 CAN_L 在 PCB 上走线距离超过 20 mm,或分别位于连接器两侧时,单路器件可独立放置于 each 信号线近端。此类布局常见于早期卡车底盘线束,CAN_H 与 CAN_L 分属不同绞线对,汇入 ECU 后才短距离并行。单路方案避免跨线耦合,降低差模干扰。


非对称保护需求 部分 legacy 设计仅对 CAN_H 施加外部测试脉冲(如 OEM 指定 “H 线单线对地短路” 场景),或 CAN_L 已内置收发器内部钳位,仅需强化 CAN_H 外部防护。此时单路器件减少冗余成本,BOM 精简 30 % 以上。


高压差分总线衍生 CAN FD with SIC(Signal Improvement Capability)允许 5 Mbps 速率,部分实现采用 3.3 V 与 5 V 混合收发器,CAN_H 与 CAN_L 对地共模电压范围不同。单路器件可分别选型:CAN_H 选 24 V 耐压,CAN_L 选 12 V 耐压,匹配各自共模应力。


失效隔离要求 功能安全设计(ISO 26262 ASIL-B 以上)要求单点失效不扩散。单路 ESD 管若因浪涌短路,仅影响单线,CAN 总线仍可进入单线工作模式(ISO 11898-2 容错模式),维持跛行回家功能。

二、多路 ESD 管的适配场景

紧凑布局与寄生平衡 现代汽车 ECU 的 CAN 端口密度达 4-6 路,PCB 面积受限。多路阵列(如 2 路或 4 路共用封装)将 CAN_H/CAN_L 的 ESD 管集成于 2 mm×1 mm 封装内,间距 < 0.5 mm,确保两条线寄生电容差异 < 0.05 pF,维持差分阻抗 120 Ω±10 %。 阿赛姆 ESD24R100TA 等系列,采用SOT-23等紧凑封装,具有超低电容与低泄漏电流,专为工业控制与汽车网络(如CAN)设计。

共模与差模协同钳位 CAN 总线 ESD 威胁包含:

  • 接触放电:±8 kV 对地(共模)
  • 容性耦合:±4 kV 线间(差模) 多路阵列内部集成背靠背二极管,CAN_H 与 CAN_L 之间直接形成低阻通道,差模钳位电压 < 40 V,较单路器件外接电阻方案响应速度提升 50 %。

多通道 ECU 的 BOM 整合 网关、域控制器等 8-12 路 CAN 节点,采用 4 路或 8 路 ESD 阵列可减少 60 % 器件数量,贴片机换料次数下降,DPPM(百万缺陷率)降低。 阿赛姆 多通道集成方案(如 ESD5M030TRESD0524V015T 等阵列)可有效保护多路I/O线与电源线,单颗器件可替代多颗分立器件,实现BOM整合。

系统级测试一致性 OEM 的 ESD 测试报告要求 “同批次器件参数漂移 < 5 %”。多路阵列来自同一晶圆、同一次封装,V_BR 匹配性优于单路器件混批,测试通过率提升。

CAN总线端口


三、核心选型建议

速率与电容的硬边界

  • CAN 2.0 (1 Mbps):结电容 < 50 pF 即可,单路/多路均可
  • CAN FD (2-5 Mbps):结电容 < 15 pF,优先多路低容阵列
  • CAN XL (10 Mbps+):结电容 < 5 pF,必须多路集成方案,阿赛姆 超低电容ESD系列(如 ESD2510U005T,典型电容0.05pF)提供高频应用下的可靠保护。

共模电压范围的隐性门槛 24 V 卡车系统 CAN 总线对地偏移可达 ±16 V,ESD 管 V_RWM 需 ≥ 24 V。单路器件易选型(24 V 规格常见),多路阵列需确认内部结构是否支持高压共模(部分低压阵列 CAN_H/CAN_L 间仅 7 V 耐压,24 V 系统线间短路即失效)。 阿赛姆 高压、车规级TVS/ESD系列(如 SMB06J 等高功率TVS、ESD24R/ESD36R等系列)明确标注高工作电压与共模/线间耐压,并提供TLP等详细测试数据。

失效模式的系统影响

  • 单路失效:单线短路,总线进入容错模式,功能降级但可诊断
  • 多路阵列失效:若内部 CAN_H 与 CAN_L 二极管同时击穿,线间短路导致总线瘫痪,需搭配隔离收发器或总线守卫(Bus Guardian) 建议高安全等级系统采用 “多路阵列+隔离” 组合,或选用阿赛姆 带失效开路模式的多路器件(内部熔丝结构,击穿后呈高阻)。

测试验证的必选项

  • TLP 脉冲 100 ns:验证 0 A 至 I_PP 区间钳位电压线性度,多路阵列需确认两路曲线重合度
  • IEC 61000-4-2 接触 ±8 kV:10 次脉冲后漏电流 < 1 μA
  • ISO 7637-2 Pulse 5a:350 V/2 Ω 负载突降,叠加 ESD 脉冲,验证复合应力下不闩锁
  • 高温反偏(HTRB):85 ℃、80 % V_RWM、1000 小时,漏电流漂移 < 50 %

供应链与认证 阿赛姆 TVS/ESD系列通过 AEC-Q101 等可靠性认证,PPAP 文件包含晶圆批次追溯、封装剪切力数据、温度循环报告。单路与多路器件参数漂移模型一致,方便 FMEA 分析。

结语

单路与多路并非优劣之分,而是拓扑密度、失效策略、成本结构的权衡。分散式线束选单路,紧凑高速 ECU 选多路,安全关键系统选多路+隔离或失效开路型。 阿赛姆 丰富的ESD保护产品矩阵(涵盖ESD24R100TA、ESD5K005TR、ESD2510U005T、SMB06J等多个真实系列及单路/多路型号),提供从信号到电源的全方位防护,所有料号提供详细的测试数据,拒绝用常温典型值冒充全温区规格。 下次画 CAN 端口原理图,先确认速率、共模、失效模式三要素,再对号入座选型。

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