聊聊汽車LVDS接口的瞬態保護

早于2018年，美國就規定所有汽車、SUV、卡車和廂式貨車必須配備后視視野系統。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，增加了各種各樣創新的安全功能，包括盲點檢測、環繞監控、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境。高端車型至少會配備六個攝像頭。車內可能還會配備視頻顯示系統，譬如供乘客使用的DVD播放器和電視。因此，市場對更高速的數據和圖像通信的需求也相應激增。

汽車廠商們普遍利用低電壓差分信號 (LVDS) 技術去實現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技術的基本信息。

1 低電壓差分信號 (LVDS)

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

LVDS的結構如圖 2 所示。數據在一個差分發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。發射器包括一個電流源，驅動額定 3.5mA電流通過雙絞線。LVDS發射器（也被稱為驅動器）通過終端電阻產生差分電壓。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。

圖2. 典型LVDS發射器-接收器對

2 LVDS接口的瞬態保護

在為惡劣的汽車環境設計高速LVDS接口系統時，應謹慎地確保針對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，保護元件免受瞬態威脅并滿足現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電壓抑制器 (TVS) 二極管，就可以在上升沿快的瞬態事件中保護接口，從而實現ESD保護。如果沒有適當的保護，瞬態事件會損壞LVDS發射器和接收器。

LVDS接口的數據/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計（圖 3）。它最大結電容僅0.18pF，可保護四條高速數據線。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IEC 61000-4-2 (ESD) 規范在±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面，用于自動視覺檢測 (AVI) 后組裝。該器件的流通式封裝設計簡化了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應用?？蛻艨梢赃x擇滿足其應用保護要求的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

在為汽車系統升級規格或速度而進行重新設計時，人們通常會忽略對TVS二極管的選擇。但其實電路規格或速度更新后，TVS二極管的選擇標準也應發生變化。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備提供保護。在惡劣的汽車環境中，精心設計和正確選擇TVS二極管對于保護通信總線和接口來說是不可忽視的。