[发明专利]用于本地互连网络(LIN)总线和类似物的装置接口的自适应静电放电(ESD)保护

说明书

技术领域

本发明涉及例如在汽车电子元件中使用的能够介接到本地互连网络(LIN)总线和类似物的集成电路装置，且更明确地说，涉及在处置、插入LIN总线和类似物中或从LIN总线和类似物移除时实现较高的静电放电(ESD)稳健性，且在对LIN总线和类似物进行操作时具有较高的直接功率注入(DPI)抗扰性。

背景技术

汽车中的电子元件的不断增加的重要性伴随的是增长的挑战和对低成本、可靠的电子系统和子系统的需要，所述电子系统和子系统需要与传感器和致动器介接的输入-输出装置。这些系统和子系统未被隔离，且必须彼此通信。

历史上，已使用离散的较小集成电路来建构汽车电子元件。所述集成电路依靠专门的专用有线通信方案(至少针对许多传感器系统来说)，且将功率输出直接连线到致动器。这导致较大的印刷电路板(PCB)、较大的引擎控制单元(ECU)外壳大小，以及过多的布线束。布线伴随的是其它问题，因为其浪费空间、增加重量和费用、遭受交通工具的电磁噪声，且可能难以进行故障检修和维护。

幸运的是，交通工具连网标准和混合信号半导体工艺中的进步正在解决这些问题，且引入将智能系统分布在整个交通工具中的新的可能性。交通工具连网标准化的趋势包含广泛采用控制器区域网络(CAN)和本地互连网络(LIN)架构，现在是版本2.1。

这些网络标准正在汽车系统中提供性能与成本优化之间的平衡。CAN提供用于底盘、动力传动系和主体中枢通信的高速网络，而LIN满足对用于传感器和致动器子系统的简单网络的需要，其通过标准化来降低成本且改进稳健性。CAN的广泛使用和LIN的可用性符合混合信号半导体工艺技术的进步，其可将较小的汽车系统所需要的所有功能性聚集到单个集成电路(IC)或少数几个IC上，以实现更先进的系统。

虽然LIN原本是以交通工具的主体电子元件为目标的，但其正在以新的方式用在主体电子元件外部的实施方案来提供其价值。在可用的汽车电子总线标准中，LIN提供对通常专用于单个系统的大多数传感器和致动器的通信需要的最佳解决方案。所述传感器和致动器可被视为子系统，且由LIN良好地服务，LIN已被界定以担负交通工具中的子网络的任务。20千位每秒(kbps)的最大LIN指定数据速率对于大多数传感器和致动器来说是足够的。LIN是时间触发的主-从网络，其消除了对在同时报告的装置之间进行仲裁的需要。LIN是使用单个有线通信总线来实施的，其减少了布线和线束需要，且因此有助于节省重量、空间和成本。

LIN标准由LIN协会特别针对交通工具子网络应用的低成本实施方案而定义，LIN标准非常符合当今的混合信号半导体工艺的集成能力。LIN协议实现相当大的成本降低，因为其十分简单，且经由异步串行接口(UART/SCI)来操作，且从属节点是自同步的且可使用芯片上RC振荡器代替晶体或陶瓷谐振器。因此，硅实施方案是价廉的，使得LIN非常适合通常用以制造用于汽车子系统的信号调节和输出IC的混合信号处理技术。

LIN主节点通常是LIN子网络到CAN网络的桥节点，且每一交通工具通常将具有若干LIN子网络。主LIN节点具有较高的复杂性和控制，而从属LIN节点通常较简单，从而实现其在单一IC子系统中的集成。通过使用标准化交通工具连网架构，有可能建立特征和特性丰富的系统，其仅需要三根电线(LIN、电池和接地)。

出于可靠性和安全操作的明显原因，对于所有LIN模块来说，都需要对静电放电(ESD)和直接功率注入(DPI)两者的极高抗扰性。此高ESD和DPI抗扰性特别适用于LIN模块的连接到外部世界的引脚(例如，电池引脚、LIN引脚等)。

LIN模块的连接到系统(外部世界)的引脚在模块被处置或插入系统中时高度地暴露于ESD放电。LIN模块必须能够被任何人安全地安装或移除。因此，对于所有LIN模块引脚来说，ESD抗扰性需非常高(大于几千伏)，因为用于处置电模块的标准工业规则无法在汽车工业中适当地实行。

另外，一旦安装好，连接到LIN系统的任何引脚就可能经历来自其它通信总线和/或电源线的高电平的干扰。原因在于通信总线和电源线出于成本原因而无法与高效的屏蔽或差分信号线(CAN除外)连线。因此，汽车的电系统和控制系统中存在的较高干扰电平不得影响在LIN总线上运输的所要数据的完整性。