聊聊汽車LVDS接口的瞬態(tài)保護

早于2018年，美國就規(guī)定所有汽車、SUV、卡車和廂式貨車必須配備后視視野系統(tǒng)。事實上，直至最近，后視攝像頭仍然是許多車型配備的唯一攝像頭，并被視為一項出色的安全功能。

過去幾年間，汽車不斷進化，增加了各種各樣創(chuàng)新的安全功能，包括盲點檢測、環(huán)繞監(jiān)控、前后碰撞警告、車道保持輔助和自動停車輔助等。這些功能利用攝像頭和傳感器，幫助駕駛員通過儀表盤顯示屏了解汽車及周圍環(huán)境。高端車型至少會配備六個攝像頭。車內(nèi)可能還會配備視頻顯示系統(tǒng)，譬如供乘客使用的DVD播放器和電視。因此，市場對更高速的數(shù)據(jù)和圖像通信的需求也相應(yīng)激增。

汽車廠商們普遍利用低電壓差分信號 (LVDS) 技術(shù)去實現(xiàn)車上的高速圖像傳輸（圖1）。本文將介紹如何保護汽車的LVDS節(jié)點免受靜電放電 (ESD) 和電氣過載 (EOS) 事件影響。

圖1. 典型的汽車LVDS連接

首先，我們來簡單介紹一下LVDS技術(shù)的基本信息。

1 低電壓差分信號 (LVDS)

根據(jù)ANSI/TIA/EIA-644標準的定義，LVDS是一種高速長距離數(shù)字接口，用于通過雙絞線進行的數(shù)據(jù)通信。

LVDS的結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。數(shù)據(jù)在一個差分發(fā)射器和一個差分接收器之間傳輸。一個100Ω的電阻被放置在傳輸線的末端以終止信號。發(fā)射器包括一個電流源，驅(qū)動額定 3.5mA電流通過雙絞線。LVDS發(fā)射器（也被稱為驅(qū)動器）通過終端電阻產(chǎn)生差分電壓。LVDS測量雙絞線上反相和同相信號電平之間的電壓差。這個電壓差代表一個邏輯狀態(tài)。

圖2. 典型LVDS發(fā)射器-接收器對

2 LVDS接口的瞬態(tài)保護

在為惡劣的汽車環(huán)境設(shè)計高速LVDS接口系統(tǒng)時，應(yīng)謹慎地確保針對EOS事件提供充分的保護。造成EOS的主要原因之一是ESD。此外，隨著電子元件的尺寸越來越小，保護元件免受瞬態(tài)威脅并滿足現(xiàn)代汽車的安全性和可靠性要求變得非常重要。

通過在LVDS差分線路上放置瞬態(tài)電壓抑制器 (TVS) 二極管，就可以在上升沿快的瞬態(tài)事件中保護接口，從而實現(xiàn)ESD保護。如果沒有適當(dāng)?shù)谋Ｗo，瞬態(tài)事件會損壞LVDS發(fā)射器和接收器。

LVDS接口的數(shù)據(jù)/圖像傳輸率為650Mbps至1.3Gbps。由于接口試圖在保持高速的同時傳輸內(nèi)容，因此選擇線對線電容低的ESD保護器件對于確保信號完整性至關(guān)重要。

圖3. RClamp0534PWQ的特點

Semtech的RClamp?0534PWQ是專為保護LVDS接口的高速差分線路而設(shè)計（圖 3）。它最大結(jié)電容僅0.18pF，可保護四條高速數(shù)據(jù)線。其工作電壓為5V，額定的浪涌峰值脈沖電流為4A (tp=8/20μs)，且此時的典型鉗位電壓為4.3V。

RClamp0534PWQ根據(jù)IEC 61000-4-2 (ESD) 規(guī)范在±15kV（空氣）和±10kV（接觸）下提供瞬變保護。它同樣符合IEC 61000-4-4 (40A EFT, 5/50ns) 和IEC 61000-4-5 (雷擊浪涌 4A，8/20μs) 規(guī)范。

RClamp0534PWQ采用10引腳DFN 封裝 (2.5 x 1.0 x 0.55mm)，帶有先進的可焊性側(cè)面，用于自動視覺檢測 (AVI) 后組裝。該器件的流通式封裝設(shè)計簡化了PCB布局并有助于保持信號完整性。

RClamp0534PWQ可用于保護LVDS發(fā)射器和接收器，如圖4所示。

圖4. 使用RClamp0534PWQ保護LVDS Tx/Rx

Semtech還提供選擇豐富的TVS二極管來保護汽車LVDS應(yīng)用?？蛻艨梢赃x擇滿足其應(yīng)用保護要求的TVS二極管。下表展示了用于保護差分線路的Semtech器件。

▲ Semtech的差分線路保護器件列表

在為汽車系統(tǒng)升級規(guī)格或速度而進行重新設(shè)計時，人們通常會忽略對TVS二極管的選擇。但其實電路規(guī)格或速度更新后，TVS二極管的選擇標準也應(yīng)發(fā)生變化。Semtech是TVS二極管的頂級制造商之一，為世界上最先進的汽車電子設(shè)備提供保護。在惡劣的汽車環(huán)境中，精心設(shè)計和正確選擇TVS二極管對于保護通信總線和接口來說是不可忽視的。