深入解析 NUP2105L 和 SZNUP2105L：CAN 总线 ESD 保护的理想之选

在电子系统设计中，静电放电（ESD）和其他有害瞬态电压事件可能会对设备造成严重损害，尤其在高速和容错网络中，CAN 收发器的保护至关重要。本文将深入介绍安森美（onsemi）的 NUP2105L 和 SZNUP2105L ESD 保护二极管，探讨其特性、应用以及相关技术细节。

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产品概述

NUP2105L 和 SZNUP2105L 专为保护高速和容错网络中的 CAN 收发器而设计，可有效抵御 ESD 和其他有害瞬态电压事件。该器件采用紧凑的 SOT - 23 封装，为每条数据线提供双向保护，为系统设计师提供了一种低成本的解决方案，有助于提高系统可靠性并满足严格的 EMI 要求。

产品特性

高功率和低泄漏

• 峰值功率耗散：每条线路具有 350 W 的峰值功率耗散（8/20 μs 波形），能够承受较大的瞬态能量。
• 低反向泄漏电流：反向泄漏电流小于 100 nA，减少了功耗，提高了系统的稳定性。

高速性能

• 低电容：适合高速 CAN 数据速率，确保数据传输的准确性和稳定性。

兼容性

• IEC 标准兼容：符合 IEC 61000 - 4 - 2（ESD）4 级（30 kV）、IEC 61000 - 4 - 4（EFT）40 A（5/50 ns）、IEC 61000 - 4 - 5（雷击）8.0 A（8/20 μs）等标准，具备良好的抗干扰能力。
• ISO 标准兼容：满足 ISO 7637 - 2 脉冲 2a（9.5 A）和 ISO 7637 - 3 脉冲 3a、b（50 A）的要求，适用于汽车等对可靠性要求较高的应用。

环保特性

• 该器件为无铅、无卤素/BFR 且符合 RoHS 标准，符合环保要求。

应用领域

工业控制网络

• 智能配电系统（SDS®）：为工业控制系统中的数据通信提供可靠的保护，确保系统的稳定运行。
• DeviceNet™：适用于工业自动化领域，提高设备的抗干扰能力。

汽车网络

• 低速和高速 CAN：保护汽车电子系统中的 CAN 总线，防止 ESD 和其他瞬态电压对收发器造成损害。
• 容错 CAN：在容错网络中提供可靠的保护，确保汽车电子系统的安全性和可靠性。

电气特性

关键参数

符号	参数	测试条件	最小值	典型值	最大值	单位
VRWM	反向工作电压		24			V
VBR	击穿电压	IT = 1 mA	26.2		32	V
IR	反向泄漏电流	VRWM = 24 V		1.5	100	nA
VC	钳位电压	IEC61000 - 4 - 2, +/- 8 kV 接触	见图表 8 - 9
VC	钳位电压 TLP	ITLP = 4A、8A、16A、20 A		33、37、43、46		V
Vc	钳位电压 8/20 μs 波形	IPP = 5A、8A		33、37	40、44	V
Rdyn	动态电阻	TLP 脉冲		1		Ω
CJ	电容	VR = 0 V, f = 1 MHz（线到地）		26	30	pF
AC	二极管电容	VR = 0 V, f = 1 MHz（线 1 到地和线 2 到地）		0.3		%
L	插入损耗	f = 1 GHz、5 GHz		12、2		dB
RL	回波损耗	f = 1 GHz、5 GHz		0.8、5		dB

特性解读

• 反向工作电压（VRWM）：通常根据该参数选择浪涌保护器件，应等于或大于直流或连续峰值工作电压水平。
• 击穿电压（VBR）：在脉冲测试电流 IT 下测量，是器件开始导通的电压。
• 钳位电压（VC）：在不同测试条件下，能够将瞬态电压钳制在安全范围内，保护后端设备。

典型性能曲线

文档中提供了多个典型性能曲线，包括 IV 特性、结电容与反向电压关系、反向泄漏电流与温度关系、稳态功率降额、脉冲波形、钳位电压与峰值脉冲电流关系等。这些曲线有助于工程师更好地了解器件在不同条件下的性能，为设计提供参考。

CAN 物理层要求

CAN 是一种专为恶劣环境下提供可靠高速数据传输而设计的串行通信协议。不同的 CAN 网络对收发器有不同的要求，如 ISO 11898 - 2、SDS 物理层规范 2.0 和 DeviceNet 等。这些要求包括最小/最大总线电压、共模总线电压、传输速度、ESD 要求和 EMI 抗扰度等。NUP2105L 能够满足这些要求，为 CAN 数据通信线路提供有效的保护。

EMI 规格

测试标准

• ISO 7637 - 2 和 - 3：用于定义 12 V 电源线上的耦合瞬态噪声敏感性以及数据线路的抗噪测试，同时验证设计的鲁棒性和可靠性。
• IEC 61000 - 4 - X：可用于量化 CAN 系统的 EMI 抗扰度水平，其中 IEC 61000 - 4 - 4 电气快速瞬变（EFT）规范与 ISO 7637 - 3 脉冲 3a 和 b 测试类似，IEC 61000 - 4 - 5 测试用于定义浪涌保护器件的功率吸收能力和长时间电压瞬变。

测试结果

文档中提供了 NUP2105L 在 ISO 7637 和 IEC 61000 - 4 - X 测试中的结果，表明该器件具有良好的抗干扰能力。例如，在 ISO 7637 - 2 脉冲 2a 测试中，最大电流为 9.5 A，钳位电压最大值为 42 V；在 ISO 7637 - 3 脉冲 3a 测试中，最大电流为 50 A，钳位电压最大值为 40 V。

浪涌保护二极管保护电路

浪涌保护二极管通过将浪涌电压钳制在安全水平来保护收发器。其在击穿电压以下具有高阻抗，在击穿电压以上具有低阻抗。NUP2105L 采用齐纳技术，优化了 PN 结的有源区域，能够有效吸收瞬态 EMI 浪涌电压和 ESD 的高能量。

ESD 电压钳位

在 ESD 事件中，限制 IC 所暴露的电压至关重要。ESD 钳位电压是指在 ESD 事件期间，ESD 保护二极管两端的电压降。安森美开发了一种方法，通过示波器截图来观察 ESD 保护二极管在 ESD 脉冲时域内的整个电压波形，相关信息可在所有 ESD 保护二极管的数据手册中找到。

传输线脉冲（TLP）测量

TLP 能够提供电流与电压（I - V）曲线，每个数据点来自于充电传输线的 100 ns 长矩形脉冲。ESD 保护器件的 TLP I - V 曲线准确地展示了产品的 ESD 能力，因为其电流水平和时间尺度与 ESD 事件相匹配。通过比较 8 kV IEC 61000 - 4 - 2 电流波形与 8 A 和 16 A TLP 电流脉冲，可以直观地了解器件的性能。

机械封装和尺寸

NUP2105L 和 SZNUP2105L 采用 SOT - 23 封装，文档提供了详细的封装尺寸和引脚定义。工程师在设计 PCB 时，应参考这些信息，确保器件的正确安装和使用。

总结

NUP2105L 和 SZNUP2105L ESD 保护二极管为 CAN 总线提供了可靠的保护，具有高功率、低泄漏、高速性能、兼容性好等优点。在工业控制网络和汽车网络等应用中，能够有效抵御 ESD 和其他有害瞬态电压事件，提高系统的可靠性和稳定性。工程师在设计过程中，应根据具体的应用需求，合理选择器件，并参考文档中的电气特性、性能曲线和测试结果，确保设计的合理性和可靠性。

你在实际设计中是否遇到过 ESD 保护相关的问题？你对 NUP2105L 和 SZNUP2105L 的应用有什么疑问或见解？欢迎在评论区分享你的经验和想法。