聊聊汽車(chē)LVDS接口的瞬態(tài)保護(hù)

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

過(guò)去幾年間，汽車(chē)不斷進(jìn)化，增加了各種各樣創(chuàng)新的安全功能，包括盲點(diǎn)檢測(cè)、環(huán)繞監(jiān)控、前后碰撞警告、車(chē)道保持輔助和自動(dòng)停車(chē)輔助等。這些功能利用攝像頭和傳感器，幫助駕駛員通過(guò)儀表盤(pán)顯示屏了解汽車(chē)及周?chē)h(huán)境。高端車(chē)型至少會(huì)配備六個(gè)攝像頭。車(chē)內(nèi)可能還會(huì)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(chǎng)對(duì)更高速的數(shù)據(jù)和圖像通信的需求也相應(yīng)激增。

汽車(chē)廠(chǎng)商們普遍利用低電壓差分信號(hào) (LVDS) 技術(shù)去實(shí)現(xiàn)車(chē)上的高速圖像傳輸（圖1）。本文將介紹如何保護(hù)汽車(chē)的LVDS節(jié)點(diǎn)免受靜電放電 (ESD) 和電氣過(guò)載 (EOS) 事件影響。

圖1. 典型的汽車(chē)LVDS連接

首先，我們來(lái)簡(jiǎn)單介紹一下LVDS技術(shù)的基本信息。

1 低電壓差分信號(hào) (LVDS)

根據(jù)ANSI/TIA/EIA-644標(biāo)準(zhǔn)的定義，LVDS是一種高速長(zhǎng)距離數(shù)字接口，用于通過(guò)雙絞線(xiàn)進(jìn)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(gè)差分發(fā)射器和一個(gè)差分接收器之間傳輸。一個(gè)100Ω的電阻被放置在傳輸線(xiàn)的末端以終止信號(hào)。發(fā)射器包括一個(gè)電流源，驅(qū)動(dòng)額定 3.5mA電流通過(guò)雙絞線(xiàn)。LVDS發(fā)射器（也被稱(chēng)為驅(qū)動(dòng)器）通過(guò)終端電阻產(chǎn)生差分電壓。LVDS測(cè)量雙絞線(xiàn)上反相和同相信號(hào)電平之間的電壓差。這個(gè)電壓差代表一個(gè)邏輯狀態(tài)。

圖2. 典型LVDS發(fā)射器-接收器對(duì)

2 LVDS接口的瞬態(tài)保護(hù)

在為惡劣的汽車(chē)環(huán)境設(shè)計(jì)高速LVDS接口系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)謹(jǐn)慎地確保針對(duì)EOS事件提供充分的保護(hù)。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(lái)越小，保護(hù)元件免受瞬態(tài)威脅并滿(mǎn)足現(xiàn)代汽車(chē)的安全性和可靠性要求變得非常重要。

通過(guò)在LVDS差分線(xiàn)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(hù)接口，從而實(shí)現(xiàn)ESD保護(hù)。如果沒(méi)有適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)，瞬態(tài)事件會(huì)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(shí)傳輸內(nèi)容，因此選擇線(xiàn)對(duì)線(xiàn)電容低的ESD保護(hù)器件對(duì)于確保信號(hào)完整性至關(guān)重要。

圖3. RClamp0534PWQ的特點(diǎn)

Semtech的RClamp?0534PWQ是專(zhuān)為保護(hù)LVDS接口的高速差分線(xiàn)路而設(shè)計(jì)（圖 3）。它最大結(jié)電容僅0.18pF，可保護(hù)四條高速數(shù)據(jù)線(xiàn)。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(shí)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(hù)。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(jìn)的可焊性側(cè)面，用于自動(dòng)視覺(jué)檢測(cè) (AVI) 后組裝。該器件的流通式封裝設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化了PCB布局并有助于保持信號(hào)完整性。

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

圖4. 使用RClamp0534PWQ保護(hù)LVDS Tx/Rx

Semtech還提供選擇豐富的TVS二極管來(lái)保護(hù)汽車(chē)LVDS應(yīng)用?？蛻?hù)可以選擇滿(mǎn)足其應(yīng)用保護(hù)要求的TVS二極管。下表展示了用于保護(hù)差分線(xiàn)路的Semtech器件。

▲ Semtech的差分線(xiàn)路保護(hù)器件列表

在為汽車(chē)系統(tǒng)升級(jí)規(guī)格或速度而進(jìn)行重新設(shè)計(jì)時(shí)，人們通常會(huì)忽略對(duì)TVS二極管的選擇。但其實(shí)電路規(guī)格或速度更新后，TVS二極管的選擇標(biāo)準(zhǔn)也應(yīng)發(fā)生變化。Semtech是TVS二極管的頂級(jí)制造商之一，為世界上最先進(jìn)的汽車(chē)電子設(shè)備提供保護(hù)。在惡劣的汽車(chē)環(huán)境中，精心設(shè)計(jì)和正確選擇TVS二極管對(duì)于保護(hù)通信總線(xiàn)和接口來(lái)說(shuō)是不可忽視的。