一种适用于CAN总线收发芯片的保护电路的制作方法

本发明涉及集成电路，具体涉及一种适用于can总线收发芯片的保护电路。

背景技术：

1、在工业电子和汽车电子中，can总线通讯因为其速度快，抗干扰能力强，在总线互联通讯中应用极为广泛，can总线通讯一般分为协议控制和can物理层。协议控制分为主机和从机，在汽车应用中，主机和从机节点距离较远，因此在主机端和从机端都需要专用的can物理层芯片进行信号驱动转换，如图1所示：主机（master）会通过本地的tx/rx接口，将数据传输给can phy1芯片，can phy1芯片会将单端信号转换为共模接口信号并通过canh/canl总线进行远距离传输，从机（slave）端的can phy2芯片接收到canh/canl的信号后，将其转换为本地的单端信号tx/rx，并传输给从机模块，完成数据传输。

2、在汽车电子应用中，canh和canl这两条通讯总线的传输过程中会遇到很大的电磁干扰，还会因为一些异常情况导致canh或者canl被强制短路到地或者电源，这些都导致canh和canl的电压出现很大的变化，甚至超过正常工作范围。这其中canh和canl总线被短路到地或者电源对芯片的危害程度最高，因为其可能导致can phy芯片输入输出端有高压大电流产生，使其发热严重，会造成不可逆转的损伤。

3、为了避免can总线芯片在接口短路时发生烧片的风险，can phy芯片通常会在显性模式下采用电流源镜像来限制短路电流，can phy芯片显性模式驱动方案如图2所示。在图3中，基准电流源ib，通过mos管n2与mos管n1的镜像，使得在显性状态时，idom=β×ib，其中，β为mos管n2与mos管n1的尺寸比。同理，mos管n3镜像mos管n1至mos管p1，mos管p2镜像mos管p1电流，同时为了保证canh和canl驱动能力的一致性，ip2=in2=β×ib。通过设置适合的基准电流源ib和镜像比例β，可以将idom限制在一定范围之内。

4、但该方案在应对车规can收发芯片的异常保护中有两个缺点：

5、1. 在显性模式时，can收发芯片的下拉电流idom=in2=β×ib，其在正常通讯的共模电压工作范围0~5v的大小通常在40ma~100ma之间，但在canh/canl短路到gnd或车载电池电压，或者做can的兼容性测试时，canl的输入电压会高至40v，此时显性模式的功耗p=idom×vcanl=0.1×40=4(w)，这么大的功率从芯片内部消耗，已超过芯片本身的散热能力。

6、2.当canl端口短路至40v左右的高压时，mos管n2的vds电压会因为沟道调制效应，in2/ib>>β，使得idom进一步上升，加剧了芯片的发热，使其损坏的概率进一步提升。

7、可见，传统的can收发芯片的短路保护电路无法满足车载应用中系统对can收发芯片高可靠性的需求。

8、因此，如何解决车载can总线芯片的can接口在通讯过程中发生对地或者对电源的短路，是目前需要解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提出一种适用于can总线收发芯片的保护电路，可以解决车载can总线芯片的can接口在通讯过程中发生对地或者对电源的短路，从而对芯片造成短路电流大，发热严重导致烧毁的问题。

2、为了实现上述目的，本发明提供了一种适用于can总线收发芯片的保护电路，所述保护电路连接于所述can总线收发芯片的发射模块，所述保护电路包括：

3、所述保护电路连接于所述can总线收发芯片的发射模块，所述保护电路包括：

4、第一采样电阻，连接在canl端口线路上；第二采样电阻，连接在canh端口线路上；

5、canl端口过流比较模块, 用于采样canl端口的所述第一采样电阻上的电流，并与第一过流保护阈值相比较，输出第一信号；以及与所述最小过流保护电流相比较，输出第二信号；所述最小过流保护电流小于所述第一过流保护阈值；

6、canl端口过压比较模块，用于检测canl端口的电压，并将检测到的电压与canl端口最大允许电压进行比较，输出第三信号；

7、canh端口过流比较模块，用于采样canh端口的第二采样电阻上的电流，并与第二过流保护阈值相比较；输出第四信号；

8、保护控制逻辑模块，用于输入所述第一信号、所述第二信号、所述第三信号所述第四信号和使能信号；当所述canl端口的电压大于所述canl端口最大允许电压，且所述第一采样电阻上的电流大于最小过流保护电流，或者所述第一采样电阻上的电流大于所述第一过流保护阈值时，输出控制信号，关断从canl端口流入芯片的电流；以及当所述第二采样电阻上的电流大于所述第二过流保护阈值时，输出控制信号，关断从canh端口流出芯片的电流。

9、可选方案中，所述保护控制逻辑模块包括：第一与门、第二与门、三输入与门、三输入或门和第四nmos管；

10、所述第一与门的一个输入端用于输入所述第一信号，另一个输出端用于输入使能信号;

11、所述第二与门的一个输入端用于输入所述第四信号，另一个输出端用于输入使能信号;

12、所述三输入与门的三个输入端分别用于输入第二信号、第三信号和使能信号；

13、所述三输入或门的三个输入端分别连接于所述第一与门、所述第二与门、所述三输入与门的输出；输出端连接于所述第四nmos管的栅极，所述第四nmos管的源极接地，漏极连接于所述发射模块。

14、可选方案中，所述canl端口过流比较模块包括：第一电阻、第二电阻、第三电阻、第三pmos管、第四pmos管、第五pmos管、第五nmos管、第六nmos管、第一比较器和第二比较器；

15、所述第一电阻的一端连接于所述第一采样电阻电流输出的一端，所述第一电阻的另一端连接于所述第三pmos管的源极；所述第三pmos管的栅极连接于所述第四pmos管的栅极和漏极以及所述第五nmos管的漏极；所述第三pmos管的漏极连接于所述第六nmos管的漏极和所述第五pmos管的栅极；所述第四pmos管的源极连接于所述第二电阻的一端和所述第五pmos管的源极，所述第二电阻的另一端连接于所述第一采样电阻电流输入的一端；所述第五nmos管和所述第六nmos管的源极均接地；所述第六nmos管的栅极连接于电流镜偏置；所述第五pmos管的漏极通过所述第三电阻接地；

16、所述第一比较器和所述第二比较器的正向输入端均连接于所述第五pmos管的漏极；所述第一比较器的反向输入端用于输入第一比较阈值，所述第一比较器的反向输入端用于输入第二比较阈值；所述第一比较阈值大于所述第二比较阈值；所述第一比较器的输出端用于输出所述第一信号，所述第二比较器的输出端用于输出所述第二信号。

17、可选方案中，所述canh端口过流比较模块包括：第四电阻、第五电阻、第六电阻、第六pmos管、第七pmos管、第八pmos管、第八nmos管、第九nmos管、第三比较器；

18、所述第五电阻的一端连接于所述第二采样电阻电流输入的一端，所述第五电阻的另一端连接于所述第六pmos管的源极；所述第六pmos管的栅极连接于所述第七pmos管的栅极和漏极以及所述第九nmos管的漏极；所述第六pmos管的漏极连接于所述第八nmos管的漏极和所述第八pmos管的栅极；所述第七pmos管的源极连接于所述第四电阻的一端和所述第八pmos管的源极；所述第四电阻的另一端连接于所述第二采样电阻电流输出的一端；所述第八nmos管和所述第九nmos管的源极均接地；所述第八nmos管的栅连接于电流镜偏置；所述第八pmos管的漏极通过所述第六电阻接地；

19、所述第三比较器的正向输入端连接于所述第八pmos管的漏极；反向输入端用于输入第三比较阈值，输出端用于输出所述第四信号。

20、可选方案中，所述canl端口过压比较模块包括：第七电阻、第八电阻和第四比较器；

21、所述第七电阻的一端连接于所述第一采样电阻电流输入的一端，所述第七电阻的另一端连接于所述第八电阻的一端，所述第八电阻的另一端接地；

22、所述第四比较器的正向输入端连接在所述第七电阻和所述第八电阻的共接处；反向输入端用于输入预设电压，输出端输出所述第三信号。

23、可选方案中，所述发射模块包括：第一pmos管、第二pmos管，第一nmos管、第二nmos管、第三nmos管和第十nmos管；

24、所述第一pmos管的漏极和栅极短接并与所述第二pmos管的栅极和所述第三nmos管的漏极连接；所述第一pmos管的源极连接于所述第二pmos管的源极并连接于供电电压，所述第二pmos管的漏极连接于所述第二采样电阻电流输入的一端；所述第三nmos管的栅极连接于所述第一nmos管的栅极和漏极、所述第十nmos管的源极、所述第二nmos管的栅极、所述第四nmos管的漏极，所述第三nmos管的源极接地；所述第二nmos管的源极接地，漏极连接于所述第一采样电阻电流输出的一端；所述第一nmos管的源极接地；所述第十nmos管的漏极连接于第一电流源的输出；所述第十nmos管的栅极用于输入使能信号。

25、可选方案中，所述第十nmos管的栅极连接有缓冲器，所述使能信号通过所述缓冲器输入至所述第十nmos管的栅极。

26、可选方案中，所述电流镜偏置包括：第七nmos管和第二电流源，所述第七nmos管的栅极和漏极短接，并连接于所述第二电流源的输出；所述第七nmos管的源极接地，栅极作为所述电流镜偏置的输出。

27、可选方案中，所述第一过流保护阈值和所述第二过流保护阈值相同。

28、本发明的有益效果在于：

29、本发明通过检测显性模式时，当canl端口的电流大于第一过流保护阈值，或canl端口电压超过最大允许电压，canl端口的电流大于最小过流保护电流时，保护控制逻辑模块关断从canl端口流入芯片的电流，以及在canh端口电流大于第二过流保护阈值时，关断从canh端口流出芯片的电流，避免芯片因为高压或者大电流发热引起损坏。