OBD-II系统的ESD防护（上）

【导读】试想您在网上买了东西，一直盼着包裹早日送达。您每天望眼欲穿，可快递员迟迟不来。这时候，使用手机或计算机上的跟踪系统，就可以确切知道包裹何时送达。再假设您的孩子放学后被接到托管班，您想知道孩子是否已安全到达目的地，于是在手机上跟踪孩子所坐的车辆，太方便了。

事实上，车辆跟踪系统早已成为现实。车辆跟踪系统使用插到车载诊断 (OBD) 端口的全球定位系统 (GPS) 跟踪器。在车辆行驶过程中，内置天线的 GPS 跟踪器会将有关车辆确切位置、速度、时间以及其他相关信息的数据实时发送到网络服务器。指定的接收器从服务器获取数据，并将其转换为可由计算机或智能手机应用程序使用的格式，以跟踪车辆。

车载诊断 (OBD) 端口

近年来，汽车中应用的电子技术数量激增，整车有了翻天覆地的改进。其中一项重大进步是内置的计算机系统，用于监测和控制车辆的健康功能，如发动机排放、燃油喷射、行驶速度、防抱死制动等。

计算机通过不同的传感器接收信息并调整所需的参数，确保车辆的各项功能保持最佳状态。例如，汽车计算机根据需要调整发动机参数，将排放保持在临界极限之内。几个电子控制单元 (ECU) 专门用于管理关键车辆功能，每个ECU都内置有微控制器。

现在，每辆汽车中大约都有50个或更多的ECU。微控制器从传感器接收数据、进行计算，并在需要时通过通讯通道（如常见的控制器局域网CAN）发送命令。

汽车中的一个控制单元就是一种基于计算机的系统，称为车载诊断 (OBD) 系统。1990年，美国联邦清洁空气法修正案（Federal Clean Air Act Amendments）要求所有在1996年或之后生产的新车辆都要内置标准化的OBD系统。该系统被称为OBD-II系统，可生成诊断故障代码 (DTC)。

当仪表板上显示故障警告时，维护工程师可将OBD-II扫描工具插入OBD-II端口来获取故障代码。可通过数据链路连接器 (DLC) 接入此端口。这些代码可帮助维护人员迅速确定故障原因并快速准确地修复。

DLC是一个16针诊断连接器，位于仪表板下方，驾驶员座椅附近。DLC或OBD-II端口的主要作用是下载故障代码并查找故障原因。但端口通常保持未使用状态。

采用当今智能技术的车辆跟踪系统将诊断代码用于其他目的，如通过GPS跟踪车辆。要获取车辆跟踪数据，只需将任何GPS跟踪器插入16针OBD-II端口，它就会收集数据。

即使车辆已上锁且点火开关中没有插入钥匙，OBD-II端口也可持续获得12V电瓶供电。我们可以根据需要在OBD-II端口上插入和拔下车辆跟踪器。在永久供电插座上的热插拔可能导致高达数百伏的静电放电 (ESD)，造成电路损坏。可在GPS跟踪器引脚所连的每条数据线上安装一个瞬态电压抑制 (TVS) 二极管，为电路提供ESD保护。

TVS二极管能在不到一纳秒的时间内锁定系统级ESD峰值，转移数据端口的高电流，保护数据端口不受ESD威胁。它们有效地钳制了高压峰值，可避免GPS跟踪器和汽车系统损坏。在正常工作条件下，TVS二极管向GPS跟踪器电路提供一条高阻抗路径，因此设备是开路的，不会干扰信号传输。

现在，我们面临的下一个问题是如何确定需要哪种TVS二极管来保护OBD-II端口16个引脚中的哪个引脚。我们还需要做一个重要决定，即是否可以为每个引脚使用一个TVS二极管，或为一组引脚使用多线TVS二极管。

要找到这些问题的答案，我们需要详细了解 OBD-II 端口连接器中16个引脚的相关信号类型和电气特性。

OBD-II 引脚配置和协议

图 - OBD-II 连接器和引脚排列

上图展示了名为J1962连接器的OBD-II16针诊断连接器及其引脚配置：

● 引脚16供电并连接到汽车电瓶

● 引脚4和5接地

● 引脚6和14分别连接到CAN总线高电平和 CAN 总线低电平信号

● 引脚2和10使用SAEJ1850协议，引脚2连接正极，引脚10连接负极

● 引脚7和15分别使用ISO9141协议的K线和L线

● 引脚1、3、8、9、11、12和13留空，可用于其他目的

OBD-II大多数支持4种不同的通信协议（如下表所示）与OBD-II接口通信。每家汽车厂商都有他们自己偏向使用的通信协议。

· ISO 15765

ISO 15765是通过CAN总线发送数据的国际标准。CAN由两条线组成，分别是CAN高电平和CAN低电平。传输任何数据时，CAN高电平达到3.75V，而CAN低电平（引脚14）降至1.25V。当CAN总线不传输任何数据时，CAN高电平和CAN低电平都保持为2.5V。该标准定义的最大数据传输速率为1Mbps。CAN高电平连接到引脚6，CAN低电平连接到引脚14。

· ISO 9141-2

ISO 9141-2是异步串行通信，它使用两个信号K和L。K信号基本上是大多数OBD-II通信的媒介。L信号用于总线的初始化。最大数据传输速率为10.4Kbps，最大信号电压为12V。K 线连接到引脚7，L线连接到OBD-II 端口的引脚15。

· SAE J1850 (PWM)

SAE J1850 协议由汽车工程师学会 (SAE) 制定。SAE J1850 PWM 由使用差分传输方案的脉冲宽度调制方法实现。PWM的信号传输速率为41.6 kbps。最大电压电平为5V。SAE J1850 总线 + 和 SAE J1850 总线 – 分别连接到OBD-II端口的引脚2 和10。

· SAE J1850 (VPW)

SAE J1850 VPW通过可变脉冲宽度方法实现，并使用一根信号线和一根接地线。PWM 的信号传输速率为10.4 kbps。最大电压电平为7V。

本文为OB-II端口的ESD防护系列文章的上篇。在下篇中，我们将详细介绍如何为OB-II端口的ESD防护选择合适的TVS二极管。

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OBD-II系统的ESD防护（上）

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