自動車は誕生以来、多くの進歩を遂げてきました。現代の自動車には、自律走行や半自律走行、ABS(アンチロック・ブレーキ・システム)、EPS(電動パワーステアリング)、前方・後方衝突警告、車線アシスト、自律駐車アシスト、自動緊急ブレーキなどが搭載されています。GPSナビゲーション、室内ムード照明、サラウンドビュー・カメラ、先進インフォテインメント・システム、アクティブ・アンテナなどの先進機能は、ほとんどの最新車に標準装備されています。

各車載機能は通常、個別の電子制御ユニット（ECU）によって監視・制御されています。最新の車両には約50〜100個のECUがあり、各ECUが1つまたは複数の機能をそれぞれ制御しています。ECUは、エンジン温度センサー、空気圧センサー、ドアセンサーなどの複数のセンサーと連動しています。
ECUはセンサーから情報を受け取り、それに応じて制御対象のパラメータを調整します。
あるECUが指定された機能を実行するために、他のECUと通信する必要がある場合があります。
例えば、ドアを開いたままにした状態で車のキーを差し込んだままの場合、エンジン制御ECUはドアECUと通信してスピーカー制御ECUがアラームを鳴らします。

車載内部のECU間でデータ伝送を行うための車載ネットワーク（IVN）プロトコルには、いくつか種類があります。
最近の車両で最も普及している通信メカニズムは、CAN（Controller Area Network）バスです。これは双方向シリアル通信バスで、複雑な配線を使用せずにECU間の通信を可能にします。データの伝送には、差動特性インピーダンス120Ωの差動ケーブルが使用されます。1つはCAN_Low（CAN_L）、もう1つはCAN_High（CAN_H）と呼ばれ、データ転送速度は最大1Mbit/sです。
ECUは、必要なデータ処理を行うMCUに似たCANコントローラを介してCANバスに接続されています。
CANコントローラとCANバスの間には、CANトランシーバーが接続されています。CANトランシーバーは、デジタル信号を実際の差動信号に変換し、CANバスが読み取り、解釈できるようにします。
下の図１に、CANバスのアーキテクチャを示します。

図1：車載用CANバス・アーキテクチャ　©Semtech Corporation

50〜100個のECUを搭載する過酷な自動車環境でCANインターフェースシステムを設計する場合、電気的過負荷（EOS）に対する十分な保護を確保することが不可欠です。EOSの主な原因の1つは静電気放電（ESD）です。さらに電子部品の小型化に伴い、ESDの脅威から部品を保護し、現代の自動車の安全性と信頼性の要件を満たすことが重要になっています。

過渡保護は、TVSダイオードをCANバスのデータ・ラインに配置することで実現でき、ns未満の高速立ち上がり時間中の過渡現象から保護します。通常オペレーション時の動作環境下では、TVSダイオードはハイインピーダンスとなるため、他の回路動作に干渉することはありません。過渡現象が発生した場合、CANトランシーバーの端子電圧は、安全な動作限界を超える可能性があります。
TVSダイオードは、トランシーバー回路が過渡電流から逸れるようにGNDへのローインピーダンスの経路を提供することで保護します。ESD が収束すると、TVS ダイオードはハイインピーダンス状態に戻ります。

前述したように、CANバスはCAN_HとCAN_Lという2本のワイヤーで構成されています。
CAN_Hは、データ送信時に3.75Vに達します。同時に、CAN_Lは1.25Vまで低下します。CANバスがデータを送信していないときは、CAN_HもCAN_Lも2.5Vのままです。しかし、自動車は一般的に12Vのバッテリーを使用していることを忘れてはいけません。バッテリー上がりで使用されるジャンプスターターは通常バッテリーと同じ12Vで行われますが、一部のサービスカーではこの目的に24Vを使用しています。
そのため、TVSダイオードを選択するための最初の基準は、逆作動最大電圧（VRWM）です。これは、緊急時にジャンプスターターで起動が必要になった場合、CANトランシーバーを保護するのに十分なものでなければなりません。
TVSダイオードを選択する際に考慮する必要があるもう1つのパラメータは、ブレークダウン電圧（VBR）です。これは、製品のデータシートに記載される、TVSダイオードに電流が流れ始めるときの電圧です。

セムテックのμClamp2424PWQ（図2）は、CANバス・アーキテクチャのCAN_HとCAN_Lの2セットを保護できる4チャンネル・デバイスです。μClamp2424PWQの動作電圧（Vrwm）は24Vで、ブレークダウン電圧(min)は26.5Vです。これらの電圧特性は、車両を高電圧でジャンプスタートさせる必要がある場合でも障害となりません。

図2：CANバス・システムで可能なESD保護オプション　©Semtech Corporation

ここで、クランプ電圧（VCLAMP）と呼ばれるもう一つの重要なパラメータについて説明します。
VCLAMP は、最大ピーク・パルス電流定格時の TVS ダイオードの電圧です。VCLAMPは、過渡現象時に保護対象デバイスが耐えうる電圧を規定します。CANバス・システムやその他のシステムの保護には、より低いクランプ電圧が適していると言えます。μClamp2424PWQのクランプ電圧(typ)は、最大ピーク電流5Aで44Vです。各デバイス・ラインの最大電流値（tp:8/20μs）は5Aです。

CAN_HラインとCAN_Lラインは、最大データレート1Mbpsの差動信号を伝送します。これらは高速差動データ・ラインであるため、TVSダイオードは過渡現象時に回路を保護すると同時に、ライン間容量を非常に低く維持することでシグナル・インテグリティを確保する必要があります。μClamp2424PWQは、PIN-GND間の静電容量を15pF（typ）、18pF（max）と非常に低く抑えています。このため、シグナル・インテグリティを損なうことなくCANトランシーバーを保護するのに適しています。

ISO10605やIEC61000-4-2規格への適合とAEC-Q100認定も、車載システム設計の必須要件です。
μClamp2424PWQは、ISO10605やIEC 61000-4-2規格に準拠し、双方とも±30kV（気中）および±30kV（接触）のESDイベントに対する過渡保護を提供します。このデバイスは、DFN（2.5×1.0×0.55mm）パッケージで提供され、基板実装後の自動外観検査（AVI）用に視認性の高い、最先端のサイド・ウェッタブル・フランクパッケージを採用しています。
下の図3に、μClamp2424PWQの特長を示します。

図3：µClamp2424PWQの特徴　©Semtech Corporation

セムテックは、世界の多くの車載高速通信バスを保護するTVSダイオードのトップメーカーです。
過酷な自動車環境では、通信バスやインターフェースを保護するために、慎重な設計と適切なTVSダイオードが極めて重要です。セムテックの性能と信頼性に優れたTVS製品群は、車載高速CANバスやその他の通信バスを保護することが出来ます。

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