Die Erwartungen an das Reisen und die menschliche Interaktion mit Fahrzeugen ändern sich dramatisch. Daher treiben die Megatrends zunehmende Konnektivität, autonomes Fahren und Elektrifizierung die Entwicklung von Fahrzeugkabelbäumen voran und treiben die wachsende Nachfrage nach Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung und Bandbreite zur Realisierung fortschrittlicher Fahrerassistenzsysteme voran. All dies muss vor ESD-Spitzen und Überspannungen geschützt werden.
Herkömmliche Kabelbäume und fahrzeuginterne Netzwerke unterliegen einem erheblichen Wandel. Der klassische Kabelbaum mit flacher Architektur wird zu einer Domänen- und Zonenarchitektur mit Automotive Ethernet als Rückgrat (siehe SEED liefert OPEN Alliance-konformen ESD-Schutz). Da Peripheriebusse jedoch immer noch mehr Daten übertragen müssen, finden neue Versionen bestehender Protokolle ihren Weg in die Fahrzeugnetzwerke. Der CAN-Bus ist ein Synonym für fahrzeuginterne Netzwerke, war aber bis zur Einführung von CAN-FD (Flexible Data) auf 1 Mbit/s beschränkt, das Geschwindigkeiten bis zu 12 Mbit/s abdeckt und entscheidende Vorteile bietet, die für zukünftige ADAS-Anwendungen erforderlich sind.
Zonale Architektur des fahrzeuginternen Netzwerks
2 Mbit/s ist die typische Implementierungsgrenze, die für viele Anwendungen geeignet ist, die keine höheren Datenraten erfordern. CAN-FD verwendet die gleichen differentiellen Signalpegel wie High-Speed-CAN. Die erhöhte Datenrate wird durch die Verkürzung der dominanten und rezessiven Zustände einer Sendenachricht erreicht. Diese Technik erhöht die Anforderungen an die physikalische Schicht, und da Systeme hinsichtlich EMV und ESD empfindlicher werden, erfordert sie zusätzlichen, diskreten ESD-Schutz, um die ESD-Robustheit des Systems auf ein zuverlässiges Niveau zu verbessern.
Neben den Anforderungen von Automobilherstellern müssen ESD-Schutzgeräte Industriestandards wie IEC61000-4-2 oder ISO10605 für Automobile erfüllen. Für den CAN (FD)-Bus müssen ESD-Geräte kurzschluss-zu-Batterie und Jumpstart-robust gemäß ISO16750-2 (26 V) oder internen Normen (28 V) sein. Die Einhaltung der IEC62228-3 in Kombination mit einem CAN-Transceiver (Emission, Immunity: DPI, Pulses, ESD) ist ebenfalls erforderlich. Darüber hinaus sind die üblichen Anforderungen für CAN eine Diodenkapazität von 17 pF bis 30 pF max und für CAN-FD 6 pF bis 10 pF, da die Datengeschwindigkeit höher und die Signalintegrität wichtiger ist, sowie die Kapazitätsanpassung. So hat Nexperia seine IVN-Produktreihe verbessert und eine neue, auf CAN-FD-Anforderungen zugeschnittene Generation entwickelt. Die neue PESD2CANFDx-Serie ist in verschiedenen Spannungs-, Kapazitäts- und Gehäusekonfigurationen erhältlich und ist gleichzeitig 2x AEC-Q101-qualifiziert.
Die Vorteile von Bleilos
Vorteile von Leadless CAN-FD in DFN-Gehäusen gegenüber klassischen SOT-Gehäusen sind nicht nur die deutliche Platzersparnis auf der Leiterplatte, sondern insbesondere die verbesserte Signalintegrität, die für den SSD-Schutz entscheidend ist. Für die Signalintegrität ist das Routing ein entscheidender Punkt. Auch wenn die parasitäre Kapazität die Signalqualität verschlechtert, spielt bei sehr geringen Kapazitäten das Routing zum Verbinden des Gehäuses eine wichtige Rolle. Die wichtigste allgemeine Erkenntnis entspricht dem Best-Practice-Signalintegritätsdesign: Vermeiden Sie das Umschalten von Schichten, vermeiden Sie die Verwendung von Stubs.
S-Parameter sind eine gängige Methode, um die Signalintegrität zu messen. Die gezeigten Parameter sind differenzielle Einfügungsdämpfung (S21dd), Rückflussdämpfung (S11dd) und differenzielle Gleichtakt-Umwandlung (S21dc). Die folgenden Messungen werden mit einem VNA durchgeführt und das System wurde auf die Sondenspitze kalibriert, sodass die Spuren vor und nach dem Footprint nicht de-embedded werden. Abbildung 3 zeigt die gleichen Routing-Schemata mit einem PESD2CANFD24V-T in SOT23, PESD2CANFD24V-QB in DFN1110D-3, beide mit max. Diodenkapazität von 6 pF und gestrichelte Linien beziehen sich auf den Fall von geraden Leiterbahnen ohne Footprint. Es zeigt sich, dass die sehr ähnliche Leistung der leeren Footprints bei der Montage von Geräten abzuweichen beginnt. Hier erscheinen die Leitungen des SOT23-Gehäuses als Stubs und die größere Struktur im Inneren des Gehäuses fügt größere Parasiten hinzu. Als solche weist die DFN-Lösung eine bessere Signalintegrität insbesondere bei Einfügungsdämpfung (IL) und Gleichtaktkonvertierung (MC) im Vergleich zur bedrahteten Alternative auf.
S-Parameter-Vergleich ohne Footprint, PESD2CANFD24V-T und PESD2CANFD24V-QB
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