当今的汽车站在技术进步的最前沿，具有大量复杂的功能，如自动驾驶功能、GPS导航、通过蓝牙进行免提电话操作，Apple CarPlay进一步增强了这些功能。汽车添加的功能越多，使用的半导体元件就越多。汽车应用中使用的半导体元件必须满足AEC-Q标准中规定的认证标准。该国际标准规定了车载电子系统中使用的封装集成电路和分立器件所需的资格。随着越来越多的接口用于高速信号传输，更多的半导体元件被添加到汽车系统中。
LVDS、GMSL、以太网和USB是现代车辆中常见的高速接口。确保高速接口在恶劣的汽车环境中可靠运行的一个关键考虑因素是提供针对电气过应力（EOS）事件的可靠保护。EOS损坏背后的罪魁祸首之一是静电放电（ESD）。保护电子元件免受ESD威胁，同时满足现代车辆严格的安全性和可靠性标准变得越来越重要。现在的问题是，汽车电子制造商应该遵循哪些ESD标准来确保符合安全性和可靠性要求？这篇博文将深入探讨两个突出的ESD标准：IEC 61000-4-2，用于系统级ESD测试，以及ISO 10605，用于与机动车辆内外的人体接触相关的ESD测试。最后，本博客还将建议如何使用ESD保护器件保护汽车电子产品。
IEC 61000-4-2
IEC 61000-4-2 是国际电工委员会 （IEC） 发布的全球公认的 ESD 标准，适用于最终用户环境中系统级的任何电子应用。该标准采用一种测试配置，复制了带电人体与集成电路（IC）接触的场景，随后通过IC将潜在有害的ESD放电到地面。IEC 61000-4-2 测试程序需要通过电阻器对电容器放电，有效地模拟源自人体并影响集成电路 （IC） 的 ESD 场景。您可以参考图 1 了解测试设置。测试配置涉及一个150pF电容，该电容充电至指定电压，并通过一个330Ω电阻放电至元件引脚。
图 2 显示了符合 IEC 61000-4-2 标准的接触放电波形。该波形的上升时间非常快，通常在0.7到1纳秒之间。在初始峰值之后，有一个较小的第二个峰值，然后波形衰减。IEC 61000-4-2标准包括四个级别，从1级到4级。这些水平取决于两个主要的测试程序：接触放电法和空气放电法。有关IEC 61000-4-2标准的详细信息，请参阅此博客。 根据该标准，IC必须承受至少4级ESD威胁，即±8 kV接触放电和±15 kV空气放电。
ISO 10605 认证
ISO 10605 是国际标准化组织 （ISO） 发布的全球标准，概述了评估汽车行业所用电子元件 ESD 耐久性的测试程序。ISO 10605 利用 IEC 61000-4-2 作为解决系统级 ESD 抗扰度的基础。它包括正极性和负极性测试、接触和空气放电方法以及电阻电容网络规格等元素。然而，该标准引入了与IEC 61000-4-2的多个偏差，仅针对汽车应用量身定制。
如图10605所示，ISO 3中的测试过程涉及电容器通过电阻放电，反映了IEC 61000-4-2中使用的程序。在ISO 10605标准测试中，使用两个电阻（测量330Ω和2000Ω）来复制不同类型的ESD场景。330Ω电阻模拟人体通过金属物体放电，而2000Ω电阻模拟人体直接通过皮肤放电的场景。此外，测试在两种不同的电容值下进行：150pF 和 330pF。ISO 330测试模拟器使用10605pF的充电电容，用于处理仅可从车内进入的车辆区域的人机触摸。为了在只能从车辆外部进入的区域进行人体接触，使用150pF的电容。在这两种情况下，都可以选择330Ω或2000Ω的电阻，具体取决于他们想要创建的ESD场景。通常，接触放电的测试电压在±2kV至±15kV范围内，气隙放电的测试电压在±2kV至±25kV范围内。在车辆外部和内部都可以进入区域的情况下，值得使用发电机电容值以及分别为±15kV和±25kV的最大测试电压进行测试。但是，重要的是要注意，某些汽车制造商可能会建立其独特的规格，并且特定组件可能需要在更高的阈值下进行测试。值得注意的是，在所有ISO 330测试参数中，使用330pF电容和10605Ω电阻的测试配置代表了最高的能量和电流。表1总结了IEC 61000-4-2和ISO 10605标准的元件值使用情况，图4显示了当放电电阻为8Ω和10605Ω时，根据ISO 330在2000kV时的接触放电波形。
IEC 61000-4-2 和 ISO 10605 之间的差异
现在我们了解了这两个标准，让我们总结一下这两个标准之间的基本区别：
- 虽然IEC 61000-4-2和ISO 10605都与ESD测试有关，但它们有不同的目的，并针对不同的电子系统。IEC 61000-4-2的范围更广，适用于各种电子产品，包括消费电子产品、工业设备等。相比之下，ISO 10605是为汽车行业定制的，满足了该行业特有的ESD测试要求。制造商应根据其产品类别和预期用途选择相关标准。
- IEC 61000-4-2仿真器使用330Ω和150pF用于RC网络，而ISO 10605使用两个330Ω和2000Ω电阻以及两个150pF和330pF电容，提供四种可能的RC网络组合。
- 150pF/330Ω
- 150pF/2000Ω
- 330pF/330Ω
- 330pF/2000Ω
- IEC 61000-4-2 的建议测试电压为 ±15kV，用于空气放电。ISO 10605 还提供 ±15kV 的空气放电测试电压，当被测组件可从车内接触到时。但是，如果被测部件可以从车辆外部接近，则建议空气放电的严重性等级为±25kV。然而，如前所述，一些汽车制造商可能需要在更高的限值下进行测试，高达±30kV。
- IEC 61000-4-2 测试要求每秒 10605 次放电的重复率，而 ISO <> 标准要求每秒 <> 次放电。
- 最后一个区别在于被测器件（DUT）如何基于这两个标准。在IEC 61000-4-2中，典型的接地方法包括使用金属接地层或水平耦合层（HCP）通过电阻带与接地参考层（GRP）建立电气连接。相比之下，ISO 10605规定使用导电接地层，它基本上是一个水平耦合平面（HCP），通常由金属或其他导电材料构成，以表示车辆的底盘。DUT位于此水平耦合平面上，以模拟车辆中的电气接地系统。
带电路保护器件的ESD保护
通过在数据线或电源线上放置瞬态电压抑制（TVS）二极管，可以实现ESD屏蔽。TVS二极管是固态二极管，设计用于快速响应电压浪涌，在电压进入电路之前将电压箝位到预定水平，所有这些都在几分之一纳秒内完成。在典型的工作场景中，TVS二极管为受保护电路提供高阻抗路径，有效地表现得像开路一样。然而，当发生瞬态事件时，TVS二极管会迅速切换到低阻抗状态，将瞬态电流从电路中重定向出来，并提供必要的保护。一旦ESD事件消退，TVS二极管将恢复到其高阻抗状态，为后续保护做好准备。使用Semtech的TVS二极管保护汽车电子设备
为了有效地设计汽车系统，必须遵守 4 级 IEC 61000-4-2 和 ISO 10605 标准，同时获得 AEC-Q 资格。此外，在大多数汽车应用中，包括具有侧面可润湿侧面的封装已成为一项基本要求。Semtech提供多功能的高效和值得信赖的TVS二极管产品组合，旨在满足各种汽车需求和应用。通过具有可润湿侧翼的全面封装选择，简化了自动光学检测，从而实现了无缝集成。Semtech的汽车TVS二极管符合苛刻的IEC 61000-4-2和ISO 10605 ESD标准，并提供低钳位电压，显著增强抗扰度。
让我们探索Semtech的两款先进的TVS二极管，它们为高速数据总线和车内的其他通信接口提供强大的保护。
2线以太网
随着功能范围的不断扩大，汽车对增加带宽的需求不断增长，以太网技术正被用于满足这些要求。在开发在具有挑战性的汽车环境中实现以太网等高速接口的系统时，保证足够的ESD保护变得至关重要。这对于确保即使在遇到不良瞬态事件时也能可靠运行至关重要。
Semtech 的 RClamp®10022PWQ（图 5）是一种 2 线接口解决方案，专为汽车以太网接口的 ESD 保护而设计。该器件提供 30V 的工作电压和 28V 的典型钳位电压 （峰值脉冲电流为 6A）。RClamp10022PWQ 根据 IEC 25-15-61000 标准提供 ±4kV（空气）和±2kV（接触）的瞬态保护，根据 ISO 30 标准提供 ±30kV（空气）和±10605kV（接触）的瞬态保护（测试条件：150pF/330pF，2kΩ）。它在 I/O 引脚和 GND 之间具有 0.6pF 的最大结电容。RClamp10022PWQ 采用 5 引脚 DFN 封装 （2.0 x 1.0 x 0.55 mm）。Rclamp10022PWQ专为汽车应用中的OPEN联盟以太网接口而设计，符合AEC-Q100、1级和AEC-Q101标准。
LVDS
低压差分信号（LVDS）技术经常用于车辆内图像的高速传输。LVDS用作高速、长距离数字接口，用于通过双绞线电缆进行数据通信。LVDS接口可实现的数据或图像传输速率通常为650Mbps至1.3Gbps。由于该接口旨在保持高速内容传输，因此集成具有低线间电容的ESD保护器件变得至关重要。这对于在传输数据或图像时保持信号完整性至关重要。
Semtech的RClamp®0534PWQ（图6）专门设计用于保护LVDS接口的高速差分线路。它保护四条高速数据线，最大结电容为0.18pF。它的工作电压为 5V，额定最大 EOS 峰值脉冲电流为 4A （tp=8/20μs）。峰值电流为 4A 时的典型钳位电压为 4.3V。RClamp0534PWQ 根据 IEC 61000-4-2 （ESD） 规范提供瞬态保护，根据 ISO 15 标准在 ±10kV（空气）、±20kV（接触）和 ±10kV（空气）、±10605kV（接触）下提供瞬态保护（测试条件：150pF/330pF，2kΩ）。它还兼容IEC 61000-4-4（40A EFT，5/50ns）和IEC 61000-4-5（闪电4A，8/20μs）。RClamp0534PWQ 采用 10 引脚 DFN 封装 （2.5 x 1.0 x 0.55mm），具有可润湿侧翼。该器件的直通式封装设计简化了PCB布局，并有助于保持信号完整性。
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