CN110164863B - 一种抑制can总线收发器总线端反向电流的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种抑制CAN总线收发器总线端反向电流的装置，包括：第一驱动模块，用于为CANH端提供驱动电流；第一抑制反向电流模块，电连接于第一驱动模块和CANH端，用于抑制CANH端的反向电流；保护模块，电连接于第一抑制反向电流模块，用于防止第一抑制反向电流模块发生故障；第二驱动模块，用于为CANL端提供驱动电流；第二抑制反向电流模块，电连接于第二驱动模块和CANL端，用于抑制CANL端的反向电流。本发明解决了现有技术中在使用CAN总线时，需要外接二极管并进行相应硬件开发的问题，还避免了受工艺技术限制而必须依赖国外SOI工艺代工线的问题，节约了应用成本。
Description
技术领域
本发明属于半导体集成电路领域，具体涉及一种抑制CAN总线收发器总线端反向电流的装置。
背景技术
CAN总线因为具有高速度、高可靠性、高实时性等优点，解决了众多的电子控制器件之间数据交换的问题，被广泛应用在工业、交通、医疗、教育等领域。CAN总线收发器作为数据交换的接口，分别连接CAN总线控制器与物理总线。由于汽车、工业控制等各种复杂的环境会导致总线上的电压瞬间增大，甚至超过总线的额定工作电压值。因此，在电气规范中规定CAN总线收发器的总线端(如CANH、CANL等端口)必须能够耐受-27V到+40V的瞬态高压。否则，当总线端出现高的正向电压或负向电压时，会造成收发器总线端(CANH、CANL等端口)与电源/地之间产生反向电流，导致系统功能异常，甚至烧毁器件。
现有技术主要采用三种方式来抑制反向电流的产生。其一是在CAN总线收发器的总线端外接二极管，利用外接的二极管的单向导电性来抑制反向电流。其二是将外接二极管集成到CAN总线收发器芯片中，并采用全介质隔离的SOI工艺，利用相应的高压器件，能够满足-27V～40V总线电压要求，无总线端到电源/地的潜通道。请参见图1，图1是现有采用高压SOI工艺集成的CAN总线收发器电路的结构示意图。其三是利用体硅工艺集成高压器件。而体硅工艺有两种类型的高压器件，分别为非隔离型和隔离型高压器件，但都会产生总线端(CANH和CANL等端口)与电源/地之间的反向电流，使系统功能异常。采用体硅工艺集成的CAN总线收发器总线端为非隔离型高压器件的结构示意图如图2所示，由于体硅工艺采用了PN结隔离，当总线为负压时，非隔离型高压NMOS器件的P型衬底和与N型漏极间寄生二极管正向导通，产生CANH与地间的漏电；采用体硅工艺集成的CAN总线收发器总线端为隔离型高压器件的结构示意图如图3所示，衬底隔离的高压NMOS器件，通过N型埋层，将器件体区与衬底隔离，消除了非隔离型高压NMOS器件中的潜通道。但是，在使用隔离型高压NMOS时，要求在隔离埋层接触端口(T端)与器件漏极(D端)连接，这样仍会在衬底与T端形成了潜通道。
第一种方式，由于外接的二极管未集成到CAN总线收发器芯片内，造成应用不便，并增大了应用成本。第二种方式，由于受工艺技术限制，国内无相关高压SOI工艺的代工线，需要国外的代工线进行生产，这种对国外工艺技术的依赖增大了应用成本。第三种方式由于采用体硅工艺，总线端(CANH和CANL等端口)与电源/地之间会产生反向电流，使系统功能异常。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于体硅工艺的抑制CAN总线收发器总线端反向电流的装置。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
一种抑制CAN总线收发器总线端反向电流的装置，包括：
第一驱动模块，用于为CANH端提供驱动电流；
第一抑制反向电流模块，电连接于第一驱动模块和CANH端，用于抑制CANH端的反向电流；
保护模块，电连接于第一抑制反向电流模块，用于防止第一抑制反向电流模块发生故障；
第二驱动模块，用于为CANL端提供驱动电流；
第二抑制反向电流模块，电连接于第二驱动模块和CANL端，用于抑制CANL端的反向电流。
在本发明的一个实施例中，所述第一抑制反向电流模块包括：
第一控制单元，电连接于所述第一驱动模块，用于抑制CANH端为高的正向电压时的反向电流；
第二控制单元，电连接于所述第一控制单元和所述CANH端，用于抑制CANH端为高的负向电压时的反向电流。
在本发明的一个实施例中，所述第二抑制反向电流模块包括：
第三控制单元，电连接于所述第二驱动模块，用于抑制CANL端为高的正向电压时的反向电流；
第四控制单元，电连接于所述第二控制单元和所述CANL端，用于抑制CANL端为高的负向电压时的反向电流。
在本发明的一个实施例中，所述第一驱动模块包括驱动器件MP1；
其中，所述驱动器件MP1的源极接电源，所述驱动器件MP1的衬底与源极短接，所述驱动器件MP1的栅极电连接正相驱动信号TX端，所述驱动器件MP1的漏极电连接所述第一抑制反向电流模块。
在本发明的一个实施例中，所述第一控制单元包括控制器件MN3、二极管D3和二极管DT3；
其中，所述控制器件MN3的源极电连接所述驱动器件MP1的漏极和所述二极管D3的阳极，所述控制器件MN3的漏极电连接所述二极管D3的阴极和所述二极管DT3的阴极，所述二极管DT3的阳极接地，所述控制器件MN3的源极、栅极和P阱短接。
在本发明的一个实施例中，所述第二控制单元包括控制器件MP2和二极管D1；
其中，所述控制器件MP2的源极电连接所述控制器件MN3的漏极和所述二极管D1的阴极，所述控制器件MP2的N阱与源极短接，所述控制器件MP2的漏极电连接所述二极管D1的阳极，所述二极管D1的阳极连接所述CANH端。
在本发明的一个实施例中，所述保护模块包括齐纳管D5和电阻R1；
其中，所述齐纳管D5的阴极电连接所述控制器件MP2的源极，所述齐纳管D5的阳极电连接所述控制器件MP2的栅极和所述电阻R1的一端，所述电阻R1的另一端接地。
在本发明的一个实施例中，所述第二驱动模块包括驱动器件MN1；
其中，所述驱动器件MN1的源极接地，所述驱动器件MN1的衬底与源极短接，所述驱动器件MN1的栅极电连接反相驱动信号-TX端，所述驱动器件MN1的漏极电连接所述第二抑制反向电流模块。
在本发明的一个实施例中，所述第三控制单元包括控制器件MN2、二极管D2和二极管DT2；
其中，所述控制器件MN2的栅极接电源，所述控制器件MN2的源极电连接所述驱动器件MN1的漏极和所述二极管D2的阳极，所述控制器件MN2的漏极电连接所述二极管D2的阴极和二极管DT2的阴极，所述二极管DT2的阳极接地，所述控制器件MN2的源极和P阱短接。
在本发明的一个实施例中，所述第四控制单元包括控制器件MP3和二极管D4；
其中，所述控制器件MP3的源极电连接所述控制器件MN2的漏极和所述二极管D4的阴极，所述控制器件MP3的漏极电连接所述二极管D4的阳极，所述二极管D4的阳极连接所述CANL端，所述控制器件MP3的源极、栅极和N阱短接。
本发明的有益效果：
1、本发明使用简单方便，解决了现有技术中在使用CAN总线时，需要外接二极管并进行相应硬件开发的问题，节约了成本。
2、本发明避免了受工艺技术限制而必须依赖国外SOI工艺代工线的问题，节约了应用成本。
3、本发明解决了用体硅工艺集成高压器技术当中总线端(CANH和CANL等端口)与电源/地之间产生反向电流的问题，使得系统能够正常工作。
以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是现有采用高压SOI工艺集成的CAN总线收发器电路的结构示意图；
图2是采用体硅工艺集成的CAN总线收发器总线端为非隔离型高压器件的结构示意图；
图3是采用体硅工艺集成的CAN总线收发器总线端为隔离型高压器件的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的一种基于体硅工艺的抑制CAN总线收发器总线端反向电流的装置结构示意图；
图5是本发明实施例提供的一种基于体硅工艺的抑制CAN总线收发器总线端反向电流的电路实例图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
请参见图4，图4是本发明实施例提供的一种抑制CAN总线收发器总线端反向电流的装置结构示意图。
本发明实施例提供的一种基于体硅工艺的抑制CAN总线收发器总线端反向电流的装置包括：
第一驱动模块，用于为CANH端提供驱动电流；
第一抑制反向电流模块，电连接于第一驱动模块和CANH端，用于抑制CANH端的反向电流；
保护模块，电连接于第一抑制反向电流模块，用于防止第一抑制反向电流模块发生故障；
第二驱动模块，用于为CANL端提供驱动电流；
第二抑制反向电流模块，电连接于第二驱动模块和CANL端，用于抑制CANL端的反向电流。
在本实施例中，第一抑制反向电流模块包括第一控制单元和第二控制单元。
其中，第一控制单元电连接于所述第一驱动模块，用于抑制CANH端为高的正向电压时的反向电流；第二控制单元电连接于所述第一控制单元和所述CANH端，用于抑制CANH端为高的负向电压时的反向电流。
在本实施例中，第二抑制反向电流模块包括第三控制单元和第四控制单元。
其中，第三控制单元电连接于所述第二驱动模块，用于抑制CANL端为高的正向电压时的反向电流；第四控制单元电连接于所述第二控制单元和所述CANL端，用于抑制CANL端为高的负向电压时的反向电流。
实施例二
请参见图5，图5是本发明实施例提供的一种基于体硅工艺的抑制CAN总线收发器总线端反向电流的电路实例图。
在本实施例中，第一驱动模块即为CANH端输出驱动模块，包括驱动器件MP1。其中，所述驱动器件MP1的源极接电源，所述驱动器件MP1的衬底与源极短接，所述驱动器件MP1的栅极电连接正相驱动信号TX端，所述驱动器件MP1的漏极电连接所述第一抑制反向电流模块。
第一驱动模块的主要作用就是为CANH端提供驱动电流。
在本实施例中，第一控制单元即为抑制CANH端为高的正向电压时反向电流的电路单元，包括控制器件MN3、二极管D3和二极管DT3。
其中，控制器件MN3为抑制CANH端为高的正向电压时反向电流的器件，二极管D3为MN3的P阱和漏极的寄生二极管，二极管DT3为衬底与隔离埋层接触端口的寄生二极管。所述控制器件MN3的源极电连接所述驱动器件MP1的漏极和所述二极管D3的阳极，所述控制器件MN3的漏极电连接所述二极管D3的阴极和所述二极管DT3的阴极，所述二极管DT3的阳极接地，所述控制器件MN3的源极、栅极和P阱短接。
在本实施例中，第二控制单元即为抑制CANH端为高的负向电压时反向电流的电路单元，包括控制器件MP2和二极管D1。
其中，控制器件MP2为抑制CANH端为高的负向电压时反向电流的器件，二极管D1为MP2的N阱与漏极的寄生二极管。所述控制器件MP2的源极电连接所述控制器件MN3的漏极和所述二极管D1的阴极，所述控制器件MP2的N阱与源极短接，所述控制器件MP2的漏极电连接所述二极管D1的阳极，所述二极管D1的阳极连接所述CANH端。
第一控制单元的作用是当CANH端为40V时，由于MP2管的寄生二极管D1正向导通，使MP2管的源极为高电平，同时由MN3管的寄生二极管D3、DT3起耐压保护作用，保证了CANH总线端出现40V电压时不会出现反向电流。
第二控制单元的作用是当CANH端为-27V时，由MP2管的寄生二极管D1起耐压保护作用，保证了CANH总线端出现-27V电压时不会出现反向电流。
在本实施例中，保护模块即为CANH端器件栅极保护模块，包括齐纳管D5和电阻R1。其中，所述齐纳管D5的阴极电连接所述控制器件MP2的源极，所述齐纳管D5的阳极电连接所述控制器件MP2的栅极和所述电阻R1的一端，所述电阻R1的另一端接地。
保护模块的作用是当CANH端为40V时，由于MP2管的寄生二极管D1正向导通，使MP2管的源极为高电平，并使齐纳管D5反向击穿，保护了MP2管不会发生栅漏击穿，R1保证电路输出时MP2管能够正常工作，从而避免了第一控制单元和第二控制单元发生故障，保证电路正常工作。
在本实施例中，第二驱动模块即为CANL端输出驱动模块，包括驱动器件MN1。其中，所述驱动器件MN1的源极接地，所述驱动器件MN1的衬底与源极短接，所述驱动器件MN1的栅极电连接反相驱动信号-TX端，所述驱动器件MN1的漏极电连接所述第二抑制反向电流模块。
第二驱动模块的主要作用就是为CANL端提供驱动电流。
在本实施例中，第三控制单元即为抑制CANL端为高的正向电压时反向电流的电路单元，包括控制器件MN2、二极管D2和二极管DT2。
其中，控制器件MN2为抑制CANL端为高的正向电压时反向电流的器件，二极管D2为MN2的N阱和漏极的寄生二极管，二极管DT2为衬底与隔离埋层接触端口的寄生二极管。所述控制器件MN2的栅极接电源，所述控制器件MN2的源极电连接所述驱动器件MN1的漏极和所述二极管D2的阳极，所述控制器件MN2的漏极电连接所述二极管D2的阴极和二极管DT2的阴极，所述二极管DT2的阳极接地，所述控制器件MN2的源极和P阱短接。
在本实施例中，第四控制单元即为抑制CANL端为高的负向电压时反向电流的电路单元，包括控制器件MP3和二极管D4。
其中，控制器件MP3为抑制CANL端为高的负向电压时反向电流的器件，二极管D4为MP3的N阱与漏极的寄生二极管。所述控制器件MP3的源极电连接所述控制器件MN2的漏极和所述二极管D4的阴极，所述控制器件MP3的漏极电连接所述二极管D4的阳极，所述二极管D4的阳极连接所述CANL端，所述控制器件MP3的源极、栅极和N阱短接。
第三控制单元的作用为当CANL端为40V时，由于MP3管的寄生二极管D4正向导通，使MP3管的源极为高电平，同时由MN2管的寄生二极管D2、DT2起耐压保护作用，保证了CANL总线端出现40V电压时不会出现反向电流。
第四控制单元的作用为当CANL端为-27V时，由MP3管的寄生二极管D4起耐压保护作用，保证了CANL总线端出现-27V电压时不会出现反向电流。
综上可见，采用该结构，不但能够满足-27V～40V总线电压要求，无总线到发送器电路电源/地端的潜通道，且CANH和CANL端的输出电平也满足电气规则的要求。
本发明实施例提供的一种基于体硅工艺的抑制CAN总线收发器总线端反向电流的装置，不仅能够满足电气规范中规定CAN总线收发器的总线端(如CANH、CANL等端口)必须能够耐受-27V到+40V的瞬态高压，还很好的抑制了总线端(CANH和CANL等端口)与电源/地之间产生反向电流现象，解决了现有技术中在使用CAN总线时，需要外接二极管并进行相应硬件开发的问题，还避免了受工艺技术限制而必须依赖国外SOI工艺代工线的问题，节约了应用成本。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种抑制CAN总线收发器总线端反向电流的装置，其特征在于，包括：
第一驱动模块，用于为CANH端提供驱动电流，其包括驱动器件MP1；其中，所述驱动器件MP1的源极接电源，所述驱动器件MP1的衬底与源极短接，所述驱动器件MP1的栅极电连接正相驱动信号TX端，所述驱动器件MP1的漏极电连接第一抑制反向电流模块；
第一抑制反向电流模块，电连接于第一驱动模块和CANH端，用于抑制CANH端的反向电流；其中，所述第一抑制反向电流模块包括第一控制单元和第二控制单元：
所述第一控制单元电连接于所述第一驱动模块，用于抑制CANH端为高的正向电压时的反向电流；所述第一控制单元包括控制器件MN3、二极管D3和二极管DT3；其中，所述控制器件MN3的源极电连接所述驱动器件MP1的漏极和所述二极管D3的阳极，所述控制器件MN3的漏极电连接所述二极管D3的阴极和所述二极管DT3的阴极，所述二极管DT3的阳极接地，所述控制器件MN3的源极、栅极和P阱短接；
所述第二控制单元，电连接于所述第一控制单元和所述CANH端，用于抑制CANH端为高的负向电压时的反向电流；
保护模块，电连接于第一抑制反向电流模块，用于防止第一抑制反向电流模块发生故障；
第二驱动模块，用于为CANL端提供驱动电流；
第二抑制反向电流模块，电连接于第二驱动模块和CANL端，用于抑制CANL端的反向电流。
2.根据权利要求1所述的一种抑制CAN总线收发器总线端反向电流的装置，其特征在于，所述第二抑制反向电流模块包括：
第三控制单元，电连接于所述第二驱动模块，用于抑制CANL端为高的正向电压时的反向电流；
第四控制单元，电连接于所述第二控制单元和所述CANL端，用于抑制CANL端为高的负向电压时的反向电流。
3.根据权利要求1所述的一种抑制CAN总线收发器总线端反向电流的装置，其特征在于，所述第二控制单元包括控制器件MP2和二极管D1；
其中，所述控制器件MP2的源极电连接所述控制器件MN3的漏极和所述二极管D1的阴极，所述控制器件MP2的N阱与源极短接，所述控制器件MP2的漏极电连接所述二极管D1的阳极，所述二极管D1的阳极连接所述CANH端。
4.根据权利要求3所述的一种抑制CAN总线收发器总线端反向电流的装置，其特征在于，所述保护模块包括齐纳管D5和电阻R1；
其中，所述齐纳管D5的阴极电连接所述控制器件MP2的源极，所述齐纳管D5的阳极电连接所述控制器件MP2的栅极和所述电阻R1的一端，所述电阻R1的另一端接地。
5.根据权利要求2所述的一种抑制CAN总线收发器总线端反向电流的装置，其特征在于，所述第二驱动模块包括驱动器件MN1；
其中，所述驱动器件MN1的源极接地，所述驱动器件MN1的衬底与源极短接，所述驱动器件MN1的栅极电连接反相驱动信号-TX端，所述驱动器件MN1的漏极电连接所述第二抑制反向电流模块。
6.根据权利要求5所述的一种抑制CAN总线收发器总线端反向电流的装置，其特征在于，所述第三控制单元包括控制器件MN2、二极管D2和二极管DT2；
其中，所述控制器件MN2的栅极接电源，所述控制器件MN2的源极电连接所述驱动器件MN1的漏极和所述二极管D2的阳极，所述控制器件MN2的漏极电连接所述二极管D2的阴极和二极管DT2的阴极，所述二极管DT2的阳极接地，所述控制器件MN2的源极和P阱短接。
7.根据权利要求6所述的一种抑制CAN总线收发器总线端反向电流的装置，其特征在于，所述第四控制单元包括控制器件MP3和二极管D4；
其中，所述控制器件MP3的源极电连接所述控制器件MN2的漏极和所述二极管D4的阴极，所述控制器件MP3的漏极电连接所述二极管D4的阳极，所述二极管D4的阳极连接所述CANL端，所述控制器件MP3的源极、栅极和N阱短接。
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