聊聊汽车LVDS接口的瞬态保护

早于2018年，美国就规定所有汽车、SUV、卡车和厢式货车必须配备后视视野系统。事实上，直至最近，后视摄像头仍然是许多车型配备的唯一摄像头，并被视为一项出色的安全功能。

过去几年间，汽车不断进化，增加了各种各样创新的安全功能，包括盲点检测、环绕监控、前后碰撞警告、车道保持辅助和自动停车辅助等。这些功能利用摄像头和传感器，帮助驾驶员通过仪表盘显示屏了解汽车及周围环境。高端车型至少会配备六个摄像头。车内可能还会配备视频显示系统，譬如供乘客使用的DVD播放器和电视。因此，市场对更高速的数据和图像通信的需求也相应激增。

汽车厂商们普遍利用低电压差分信号 (LVDS) 技术去实现车上的高速图像传输（图1）。本文将介绍如何保护汽车的LVDS节点免受静电放电 (ESD) 和电气过载 (EOS) 事件影响。

图1. 典型的汽车LVDS连接

首先，我们来简单介绍一下LVDS技术的基本信息。

1 低电压差分信号 (LVDS)

根据ANSI/TIA/EIA-644标准的定义，LVDS是一种高速长距离数字接口，用于通过双绞线进行的数据通信。

LVDS的结构如图 2 所示。数据在一个差分发射器和一个差分接收器之间传输。一个100Ω的电阻被放置在传输线的末端以终止信号。发射器包括一个电流源，驱动额定 3.5mA电流通过双绞线。LVDS发射器（也被称为驱动器）通过终端电阻产生差分电压。LVDS测量双绞线上反相和同相信号电平之间的电压差。这个电压差代表一个逻辑状态。

图2. 典型LVDS发射器-接收器对

2 LVDS接口的瞬态保护

在为恶劣的汽车环境设计高速LVDS接口系统时，应谨慎地确保针对EOS事件提供充分的保护。造成EOS的主要原因之一是ESD。此外，随着电子元件的尺寸越来越小，保护元件免受瞬态威胁并满足现代汽车的安全性和可靠性要求变得非常重要。

通过在LVDS差分线路上放置瞬态电压抑制器 (TVS) 二极管，就可以在上升沿快的瞬态事件中保护接口，从而实现ESD保护。如果没有适当的保护，瞬态事件会损坏LVDS发射器和接收器。

LVDS接口的数据/图像传输率为650Mbps至1.3Gbps。由于接口试图在保持高速的同时传输内容，因此选择线对线电容低的ESD保护器件对于确保信号完整性至关重要。

图3. RClamp0534PWQ的特点

Semtech的RClamp®0534PWQ是专为保护LVDS接口的高速差分线路而设计（图 3）。它最大结电容仅0.18pF，可保护四条高速数据线。其工作电压为5V，额定的浪涌峰值脉冲电流为4A (tp=8/20µs)，且此时的典型钳位电压为4.3V。

RClamp0534PWQ根据IEC 61000-4-2 (ESD) 规范在±15kV（空气）和±10kV（接触）下提供瞬变保护。它同样符合IEC 61000-4-4 (40A EFT, 5/50ns) 和IEC 61000-4-5 (雷击浪涌 4A，8/20µs) 规范。

RClamp0534PWQ采用10引脚DFN 封装 (2.5 x 1.0 x 0.55mm)，带有先进的可焊性侧面，用于自动视觉检测 (AVI) 后组装。该器件的流通式封装设计简化了PCB布局并有助于保持信号完整性。

RClamp0534PWQ可用于保护LVDS发射器和接收器，如图4所示。

图4. 使用RClamp0534PWQ保护LVDS Tx/Rx

Semtech还提供选择丰富的TVS二极管来保护汽车LVDS应用。客户可以选择满足其应用保护要求的TVS二极管。下表展示了用于保护差分线路的Semtech器件。

▲ Semtech的差分线路保护器件列表

在为汽车系统升级规格或速度而进行重新设计时，人们通常会忽略对TVS二极管的选择。但其实电路规格或速度更新后，TVS二极管的选择标准也应发生变化。Semtech是TVS二极管的顶级制造商之一，为世界上最先进的汽车电子设备提供保护。在恶劣的汽车环境中，精心设计和正确选择TVS二极管对于保护通信总线和接口来说是不可忽视的。