纳芯微车载SerDes产品的ESD防护技术介绍

发布时间：2026-07-22 09:18
作者：AMEYA360
来源：纳芯微
阅读量：565

　　摘要

　　车载SerDes系统在整车环境中面临严峻的ESD挑战，直接影响行车安全与系统可靠性。

　　纳芯微通过三重防护架构——器件级ESD防护、RS-FEC前向纠错、物理层重传机制——为NLS9116/NLS9113加串器和NLS9246/NLS9243解串器提供了系统级解决方案。基于ISO 10605-2023标准的完整测试验证表明，产品在上电ESD(接触放电±8KV、空气放电±25KV)和下电ESD(Pin放电±8KV)测试中均满足等级A要求。与对标同类器件相比，纳芯微SerDes在CE/RE测试中裕量普遍高2-6dB，为整车厂商提供了更高的设计余量和可靠性保障。

　　1. 车载SerDes系统的ESD挑战：从客户痛点出发

　　现代智能汽车中，摄像头到域控制器的高速数据传输链路已成为ADAS和自动驾驶系统的关键组成部分。NLS9116/NLS9113加串器和NLS9246/NLS9243解串器构成的SerDes系统通常部署在车外摄像头模组与车内域控制器之间，暴露于复杂的整车电磁环境中。车外摄像头镜头、外壳及线束接口等位置直接面临静电放电的风险，这些位置在车辆使用、维护过程中极易与人体或工具接触，产生高达数千伏的静电放电事件。

　　在实际工程应用中，客户在ESD测试中常遇到两类典型问题：

　　带电ESD测试异常：系统正常工作时施加ESD干扰，导致画面黑屏、闪屏、卡顿，直接影响ADAS、智能座舱功能的实时性与可靠性

　　不带电ESD测试损坏：系统未上电状态下的ESD冲击，造成芯片永久性损坏、器件失效，增加物料成本与维修复杂度

纳芯微车载SerDes产品的ESD防护技术介绍

纳芯微车载SerDes产品的ESD防护技术介绍

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　　这些问题不仅延长了研发验证周期，更对行车安全构成潜在威胁。一次ESD测试失败可能意味着数周的设计迭代与重新验证，直接拖慢项目进度并增加开发成本。

　　2. ESD问题根因深度剖析：带电与不带电场景的差异

　　ESD失效机理因系统工作状态不同而存在本质差异，理解这些差异是设计有效防护方案的前提。

　　带电ESD失效机制

　　系统正常运行时，ESD瞬态干扰通过以下路径影响系统功能：

　　信号链路瞬时扰动：ESD电流耦合至高速差分信号线，导致信号波形畸变，产生纳秒级误码突发

　　FEC纠错能力超限：传统SerDes的前向纠错(FEC)机制在密集误码冲击下无法完全恢复数据，错误累积超过阈值

　　缺乏动态重传机制：链路层协议未设计针对瞬态干扰的快速重传机制，导致画面中断时间延长

　　这种失效模式表现为功能暂时性异常，在ESD事件结束后系统可能恢复正常，但期间的功能中断已对安全关键应用构成风险。

　　不带电ESD失效机制

　　系统未上电时，ESD能量直接作用于器件物理结构：

　　引脚耐压击穿：高压静电直接击穿I/O引脚的ESD保护结构，造成永久性硬件损伤

　　内部结构过载：芯片内部ESD防护电路在超出设计规格的电压下烧毁，失去保护功能

　　器件参数漂移：ESD应力导致晶体管阈值电压、漏电流等关键参数发生不可逆变化

　　此类损伤是硬件永久性的，通常需要更换芯片或模块才能修复，直接增加物料与维修成本。

　　3. 纳芯微系统级ESD解决方案：三重防护架构

　　针对上述失效机理，纳芯微为NLS9116/NLS9113加串器和NLS9246/NLS9243解串器设计了系统级的三重防护架构，从器件到链路再到系统层面提供全方位保护。

　　3.1 器件级ESD防护设计

　　在芯片设计阶段，纳芯微采用了多层级的ESD防护策略：

　　高等级HBM/CDM防护：芯片内部集成经过车规验证的ESD保护结构，提供8KV HBM和±2KV CDM的防护能力

　　接口浪涌抑制：高速差分接口采用对称的TVS阵列设计，对共模和差模ESD干扰均有良好的抑制效果

　　电源域隔离：数字与模拟电源域之间设计隔离缓冲，防止ESD噪声通过电源网络传播

　　这些设计确保在不带电ESD场景下，芯片具备足够的鲁棒性避免永久性损伤。

　　3.2 隔离电源设计参数

　　为应对带电ESD导致的瞬时误码，纳芯微SerDes集成了增强型RS-FEC(里德-所罗门前向纠错)机制：

　　高纠错能力：采用RS(528,514)编码方案，可纠正单个符号中的7字节错误，纠错能力较传统方案提升40%

　　低延迟处理：专用硬件编解码器实现纳秒级处理延迟，确保实时视频流不受影响

　　自适应纠错：根据链路误码率动态调整纠错策略，在ESD事件期间最大化数据完整性

　　在实际测试中，该FEC机制能在ESD干扰下确保画面质量不受影响。

　　3.3 物理层重传机制

　　针对FEC无法纠正的严重误码情况，纳芯微设计了物理层自动重传协议：

　　快速错误检测：在物理层实时监测链路质量

　　选择性重传：仅重传出错数据包，避免整帧重传带来的带宽浪费

　　链路自愈：重传成功后自动恢复至正常传输模式，无需上层协议干预

　　这套机制确保在允许有错误包，但要重传成功的测试标准下，系统能够快速恢复，避免画面黑屏或卡顿。

　　4. 严苛测试验证：基于ISO 10605-2023标准的完整闭环

　　为验证三重防护架构的实际效果，纳芯微使用软龙格工装和度信工装，在实验室暗室中完成了基于ISO 10605-2023标准的完整ESD测试。

　　4.1 测试照片

纳芯微车载SerDes产品的ESD防护技术介绍

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　　4.2 上电ESD测试验证

　　测试系统配置2米和8米两种线长，模拟实际车载部署中的不同布线场景。测试严格按照ISO 10605-2023标准执行，具体条件如下：

纳芯微车载SerDes产品的ESD防护技术介绍

　　测试结果：在所有测试等级下，NLS9116/NLS9246系统均满足等级A要求。测试过程中画面保持稳定，无黑屏、闪屏或卡顿现象。特别值得注意的是，在标准允许的“错误包重传成功”机制下，系统能够快速恢复，展现了物理层重传机制的实际效果。

　　4.2 下电ESD测试验证

　　在不带电状态下，对芯片引脚进行±8KV的接触放电测试，每个等级重复10次。测试后对芯片进行完整功能验证，并测量关键引脚的LCR参数。

　　测试结果：所有被测芯片功能正常，无任何异常。LCR参数变化率均小于5%，远低于标准要求的10%上限。这验证了器件级ESD防护设计的有效性，确保芯片在运输、装配等未上电场景下的可靠性。

　　5. 竞品EMC性能对比：裕量优势彰显技术领先性

　　除了ESD性能，纳芯微SerDes在整体EMC性能上也展现出显著优势。与对标同类器件的对比测试显示，纳芯微产品在多个关键指标上具有明显裕量优势。

　　竞品对比EMC优势

　　CE/RE多频段裕量高2-6dB：在150K-245MHz传导骚扰和150K-6GHz辐射骚扰测试中，裕量普遍优于竞品

　　满足GNSS加严格要求：1G-5GHz频段满足CISPR 25-2021 Class 5的加严限值，部分频段裕量达8-14dB

　　更宽松的设计余量：更大的EMC裕量意味着PCB设计约束更少，系统成本更低，量产一致性更高

　　具体数据表明，在150K-175MHz频段的CE测试中，纳芯微产品在50mm位置的PK裕量达到7dB，比竞品高1dB;在171M-245MHz频段(1MHz带宽)的AVG裕量达到9dB，优势明显。RE测试中，1G-5GHz GNSS加严频段的垂直极化裕量达到3-4dB，而竞品在该频段的部分极化方向接近限值边缘。

　　6. 客户价值：从测试通过到整车可靠性的跨越

　　对于整车厂商和Tier1供应商，纳芯微SerDes解决方案带来三重核心价值：

　　降低研发风险与成本：一次性通过ESD测试，避免重复验证的设计迭代，缩短项目周期3-4周

　　提升系统可靠性：在整车寿命周期内，抵御实际使用环境中的ESD事件，降低现场故障率

　　增强供应链安全性：本土化研发与技术支持，快速响应客户需求，保障项目进度

　　纳芯微SerDes通过系统级ESD设计，帮助客户一次性通过严苛的车规测试，显著降低研发验证风险，加速产品上市进程，最终提升整车系统的长期可靠性。三重防护架构的协同作用，确保了从芯片级鲁棒性到系统级功能完整的全方位保障。

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2026-10-21 09:54 阅读量：183
纳芯微“隔离+”覆盖光储系统关键隔离环节，支撑高压平台可靠运行
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　　文章导读　　在新能源装机持续增长的背景下，储能系统逐渐从传统配套设备向电网关键设备演进。光储系统向高压化、构网型方向发展，对功率转换效率、绝缘可靠性和控制响应提出更高要求，推动芯片隔离方案向高性能、高集成方向发展。　　本文重点介绍：　　隔离驱动：面向SiC高频开关应用，优化驱动能力、EMI控制和系统效率;　　隔离采样：面向光伏、电池及交流侧检测，实现高精度、高带宽电流与电压采样;　　数字隔离与接口：满足高压系统中的信号通信、增强隔离和接口防护需求;　　隔离电源：通过集成化设计，为隔离链路提供独立供电支持。　　光储逆变器隔离需求解析　　“隔离+”覆盖驱动、采样、通信与供电关键环节　　光储逆变器分为四大部分：主功率部分(高压部分)、主控部分(MCU)、监控面板、对外接口。　　隔离应用主要分布在以下环节：　　主功率部分在1700V碳化硅或1500V工况下采用隔离驱动;　　主回路中的电流采样采用霍尔传感器，电压采样采用隔离运放实现隔离检测;　　MCU控制侧与监控面板之间的CAN、SPI等通信链路，采用隔离方案;　　监控面板与外部接口之间面临静电、浪涌等干扰，采用隔离SPI、隔离RS-485或隔离CAN方案。　　纳芯微光储逆变器隔离方案介绍　　隔离驱动　　纳芯微目前已量产的隔离驱动主要包括四类：NSI6801系列是电流型隔离驱动，采用容隔技术实现与光耦驱动pin-to-pin兼容，支持原有光耦驱动方案替换;电压型隔离驱动适配MCU IO口PWM输出，用于单管驱动;NSI6602系列是半桥(双路)隔离驱动;智能驱动集成ASC功能、DESAT(退饱和检测)以及PowerReady(电源就绪)等保护功能。　　纳芯微隔离驱动介绍　　NSI6601SRC(驱动斜率可调)隔离驱动，面向SiC应用中的EMI控制、效率优化和大功率驱动需求设计：　　第一，降低EMI。碳化硅工作频率提升后，EMI问题更加突出。通过驱动调节，在MOS管米勒平台以下用更大电流驱动，驱动上升到高压时切小驱动电流，从而减小dV/dt，实现EMI降低;　　第二，提升效率。储能系统在不同母线电压下所需驱动能力不同，通过驱动参数调节适配不同工况，提升系统效率;　　第三，驱动电流提升。两路可并联使用，满足大功率并管需求(多个碳化硅或IGBT并联)，并联后驱动能力可达25A以上。　　霍尔电流传感器　　霍尔电流传感器在光储系统中有四个应用环节，各环节对性能要求不同：　　第一，PV侧(太阳能光伏板)　　直流电流采样，带宽要求较低，总误差小于2%，电流较小但绝缘要求高。户储系统约1100VDC，光伏电站达1500VDC。针对该应用，纳芯微NSM20系列采用增强隔离设计，支持1500V工作电压，带宽约200kHz。　　第二，MPPT部分　　多路电流采样，检测范围10A到120A，带宽要求200kHz即可，但对响应时间要求较高。碳化硅短路耐受时间仅2到3微秒，纳芯微霍尔响应时间小于300纳秒，可缩短异常情况下的保护响应时间，提高系统可靠性。　　第三，电池侧　　精度要求高，绝缘耐压取决于电池电压。针对该应用，纳芯微NSM211X系列带宽达1MHz。　　第四，AC电流检测　　精度要求更高。由于AC侧存在DC注入(DCI)限制，通常要求直流分量控制在0.5%以内，部分应用要求更严格，对霍尔传感器的VOS(失调电压)提出更高要求。　　霍尔在光储系统中的应用　　隔离采样　　隔离采样用于光储系统高压侧电压、电流信号采集，在实现高低压电气隔离的同时，为系统控制和保护提供采样数据。　　纳芯微提供隔离运放、隔离ADC等隔离采样方案，满足光储系统中隔离电压采样和隔离电流采样需求。　　在通用隔离采样领域，纳芯微NSI13xx系列提供隔离电压、电流采样运放及隔离ADC产品。其中，NSI1311支持0～2V直流电压采样，NSI1312支持±1.2V差分输入，可用于光储系统电压采样;NSI1300及NSI1400系列适用于电流检测，提供不同输入范围和带宽选择;　　在高精度隔离采样领域，纳芯微推出NSI16xx系列隔离采样方案。其中，NSI1611将输入范围拓展至0～4V，并优化失调误差、增益误差及温漂性能，在10%～100%满量程范围内无需校准即可实现1.2%以内的采样精度，满足高精度电压、电流检测需求;　　在高集成度隔离采样领域，纳芯微NSI36xx系列将隔离电源集成至采样芯片内部，部分型号进一步集成快速保护比较器和比例式输出功能，无需额外配置高压侧隔离供电及部分外围电路，简化系统设计;　　在快速保护领域，纳芯微NSI22C1x系列隔离比较器集成窗口比较器、高压LDO及高精度阈值设置电流源，可实现快速过流、过压检测。其中，NSI22C12最大传输延时仅250ns，满足光储功率变换系统快速故障检测和硬件保护需求。　　纳芯微隔离采样产品路线图　　数字隔离器(MCU到监控面板)　　光储逆变器中，高压功率部分与MCU控制侧处于不同电压区域，两者之间需要增强隔离。针对1500V系统应用，纳芯微提供15mm爬电距离隔离方案。　　纳芯微数字隔离器覆盖单路、双路、4路和6路产品，支持4mm、8mm和15mm三档爬电距离规格。CMTI达200kV/μs，浪涌耐受电压达12kV，适用于光伏逆变器等户外应用场景。　　纳芯微数字隔离器单路、双路、4路和6路产品　　对于采用高速光耦方案的客户，纳芯微提供光耦兼容封装的数字隔离器方案。该方案采用容隔技术，封装兼容光耦，支持原有设计替换。　　光耦采用LED作为信号传输器件，长期运行存在光衰问题。数字隔离器采用二氧化硅作为隔离介质，具备更稳定的长期可靠性表现，并支持相同封装下的pin-to-pin替换。　　NSI721x-DSWWAR 15mm 爬电距离隔离光耦兼容器　　隔离接口与集成隔离电源的隔离接口　　监控面板与外部设备之间采用隔离I2C、隔离RS-485和隔离CAN进行通信。传统方案通常采用数字隔离器与CAN/RS-485芯片组合实现隔离通信，并通过外部隔离电源提供隔离供电。纳芯微进一步集成数字隔离器、通信接口和隔离电源，减少外围器件，简化系统设计。　　纳芯微隔离接口方案从单一隔离接口，发展到隔离接口+数字隔离器，再到隔离电源+数字隔离器+隔离CAN/RS-485三合一方案。　　纳芯微ISO-Power隔离接口方案演进
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纳芯微发布四通道SPI接口智能低边驱动NSD5614系列 ，赋能汽车与工业自动化应用

　　在汽车域控、底盘及发动机ECU和工业PLC系统中，多路电磁阀、继电器等负载的驱动普遍面临MCU的IO资源紧张、感性负载关断时电压尖峰高、故障难以定位、预测性维护困难等挑战。如何节约IO资源以实现多路负载控制，并对各路负载进行独立监测与保护，是系统设计中的核心挑战。　　NSD5614系列支持SPI串口与并口双输入接口，具备四通道独立诊断与保护功能，内置60V高压钳位，增强ESD性能可达±4kV，支持输出并联及最高200kHz PWM开关频率，全面简化多路负载驱动的系统开发，显著提升整机鲁棒性。　　NSD5614系列提供车规和工规两种版本，满足不同应用领域的需求。车规版本适用于12V/24V/48V汽车应用场景，可驱动底盘、发动机ECU及车身域控中的各类电磁阀、继电器等负载。工规版本面向工业自动化PLC与智能终端等领域的各类低边负载应用。　　SPI接口支持多芯片菊花链级联，　　大幅减少输入IO和信号隔离数量，　　降低系统成本　　NSD5614系列除了支持简单的并口输入控制输出外，还支持通过SPI接口控制输出。SPI通信支持两种连接方式：　　下图左为SPI并行连接方式，多个NSD5614从设备共用通信线SDI/SDO/SCK，每个芯片单独连接片选信号NCS。　　下图右为SPI菊花链(Daisy Chain)连接方式，多个NSD5614从设备共用时钟信号SCK和片选信号NCS，每个芯片的SDI和SDO采用菊花链连接。　　图1 多芯片SPI接口控制连接方式　　采用SPI串口连接多个NSD5614芯片，可大幅减少控制IO口数量。特别是在菊花链级联模式下，针对工业PLC中N个四通道低边驱动的应用，仅需1个SPI口和1个四通道数字隔离器，即可替代原本所需的4N个输入IO口和4N个光耦隔离器件。　　关断状态下的的负载开路(OL)和　　短路到地(SCG)诊断，　　精准定位反馈故障　　NSD5614支持负载开路(OL)和短路到地(SCG)诊断功能，可在驱动芯片关断状态(Off state)下进行检测，帮助系统在驱动负载前及时发现异常，提升系统的可预测性和可维护性。　　Off state诊断的原理是在芯片内部的MOS管关断时，通过对OUT端施加上下拉电流，使OUT端电压处于不同电位，从而检测OUT端的负载连接状态。　　当VOUT>0.6*VDD时，判定OUT端负载连接正常(Normal)。　　当0.4*VDD<vout<0.6*vdd，且持续超过110Μs时，判定out端负载开路(opl)。< p="">　　当VOUT<0.4*VDD，且持续超过110μs时，判定OUT端短路到地(SCG)。　　内置高压钳位管与通道独立保护机制，　　全面提升系统可靠性　　NSD5614用于驱动感性负载时，当低边MOS关断后，感性负载开始退磁(Demagnetization)。为防止OUT端产生过高电压而损坏内部MOS管，芯片内置的高压钳位管将VDS电压钳位至VDS(CL)，使续流电流逐渐衰减至零，如下图3所示，对应t从0到t1的阶段。　　高压钳位管的EAS钳位能量可参考下图中的计算公式，也可通过示波器计算该阶段的输出电压、电流和时间的积分。　　图2 输出钳位及钳位能量　　NSD5614具备全面的保护和诊断功能，包括四通道独立的过温保护、过流保护、负载开路和短路到地诊断检测，以及VM电压欠压保护，有助于提升系统可靠性。　　封装与选型　　纳芯微四通道SPI接口智能低边驱动NSD5614系列现已全面量产，更大电流、更低内阻的NSD5624系列正在样品阶段。两款产品均支持输出通道独立控制，并具备全面的智能诊断与保护功能，可满足汽车及工业领域的高可靠性应用需求。　　图3 NSD5614系列选型表　　纳芯微MotivDrive®：　　面向汽车、工业和智能终端市场的　　高可靠电机驱动方案　　MotivDrive®是纳芯微倾力打造的电机驱动产品家族，以高集成、安全可靠、品类丰富为核心优势，产品覆盖直流有刷电机、步进电机、直流无刷电机的集驱和预驱(NSD7系列、NSD8系列、NSD3系列)，继电器、电磁阀与螺线管的低边驱动(NSD56系列、NSD1x4系列)等多种品类。　　MotivDrive®电机驱动产品支持高精度电流采样，并集成过流、过温、欠压保护及堵转、负载开路检测等全面的保护与诊断功能，帮助客户减少外围器件，实现小型化与高可靠性的系统设计。
2026-10-14 10:17 阅读量：261
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