CAN 收發(fā)器的聚合挑戰(zhàn),飛思卡爾有妙招
每一種創(chuàng)新都有助于確保并且增強CAN的使用性能,提高效率或增加傳輸速率,如今這些創(chuàng)新相互組合,又需要解決各種全新的挑戰(zhàn)。
本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/201612/331357.htm在汽車網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域,通信標準已經(jīng)向前邁出了重大一步,電子設(shè)備延伸到各種汽車平臺。自從1980年控制器局域網(wǎng)(CAN)創(chuàng)建以來,它便在一直適應發(fā)展,解決了這個行業(yè)的帶寬、可靠性和低功耗等方面的各種挑戰(zhàn)。
各種市場都采用了CAN拓撲技術(shù)。CAN最初的開發(fā)目的是為了支持汽車市場,隨著獲得汽車5大領(lǐng)域(動力總成、底盤、安全、車身和車載信息娛樂系統(tǒng))的大范圍認可,CAN如今已經(jīng)應用于眾多其它領(lǐng)域(重型車輛——基于J1939的解決方案、農(nóng)業(yè)機械——ISO 11783,又稱Isobus、航天系統(tǒng)——Arinc 825/6、移動設(shè)備、醫(yī)療和不斷發(fā)展壯大、采用CANopen EN50325-4和CANopen安全標準EN 50325-5的工廠自動化應用)。
到2015年將會達到20億個節(jié)點(80%的節(jié)點屬于汽車市場,其它屬于工業(yè)市場),CAN會成為最大規(guī)模工業(yè)網(wǎng)絡(luò)標準的組成部分,并在對成本和可靠性敏感的應用中受到越來越多的關(guān)注。
CAN市場細分,單位百萬(2015年)
CAN的優(yōu)勢有多種:由基于全差分結(jié)構(gòu),可以用于系統(tǒng)間通信 ,降低了噪聲干擾;它還可以作為即插即用解決方案,提供靈活的帶寬。此外,由于通過行業(yè)規(guī)范的認可和兼容性一致性測試(電氣和EMC/ESD),大幅提高了物理層對外部干擾的抵抗能力和內(nèi)部噪聲的抑制能力。CAN收發(fā)器的這些新的技術(shù)革命帶來了他的使用更加簡單、快速和強健。
這種標準化的進程有利于CAN總線技術(shù)在市場上的快速增長,降低了這種技術(shù)解決方案的整體成本。
如今,為了適應更快通信換速率的行業(yè)發(fā)展趨勢,以及降低網(wǎng)絡(luò)能耗的需求,由此推出了新的標準。
CAN PN(partial networking) (ISO11898-6)支持選擇性喚醒,在物理層內(nèi)部可以存儲并檢查ECU喚醒。其次,另一個問題便是需要提高帶寬,CAN FD確保了在傳輸期間實現(xiàn)更快的波特率和更高的數(shù)據(jù)量。
提高網(wǎng)絡(luò)級的帶寬可以延遲向更高波特率網(wǎng)絡(luò)的過渡,并且成本更低(與FlexRay或者以太網(wǎng)相比),提供中間系統(tǒng)解決方案,滿足更高通信速率的需求。
這樣的演變需要物理層做出相應的調(diào)整以適應每一種市場的需求,而且需要將各種架構(gòu)加以整合,以便維持強勁的性能。
CAN高速物理層和提高帶寬的挑戰(zhàn)
如今大部分汽車CAN使用速率為500 kb/s。只有少數(shù)應用的運行速率達到1 Mb/s,但它們會面臨嚴重的技術(shù)限制條件,例如網(wǎng)絡(luò)長度和節(jié)點數(shù)量,CAN FD允許提高CAN幀數(shù)據(jù)段的比特率,并且可以擴大傳輸數(shù)據(jù)字節(jié)的數(shù)量,同時數(shù)據(jù)幀起始段(ID,DLC)與現(xiàn)行的波特率保持一致大多數(shù)情況下為500 kb/s。這從整體上有助于提高CAN協(xié)議的效率,同時確保運行現(xiàn)有的CAN網(wǎng)絡(luò)拓撲技術(shù)(長度、存節(jié)點、終端概念)。
在最初發(fā)布時,CAN FD協(xié)議和技術(shù)規(guī)范聲稱其可以使用現(xiàn)有的CAN收發(fā)器,盡管運行速率可高達8 Mb/s。但是,深入分析ECU和主要的CAN收發(fā)器設(shè)備在最終應用環(huán)境(例如EMC)中應該滿足的要求、環(huán)境和技術(shù)規(guī)范,所得結(jié)論是:至少需要對CAN收發(fā)器實施一定的優(yōu)化,最終大幅改變收發(fā)器的理念或設(shè)計,從而全面符合可變速率的技術(shù)規(guī)范。
關(guān)于EMC,輻射干擾或傳導干擾取決于信號完整性和CAN信號的波形。然而,CAN傳輸波特率(即500 kb/s)衍生出的基波和諧波在整個頻譜范圍內(nèi)都是清晰可見的。
為了提高CAN FD波特率,部分比特數(shù)據(jù)通過更高波特率傳輸,這會導致諧波“移動”到更高頻率的頻譜范圍。
在這些頻率下,要求具有極低的干擾,如果沒有外部濾波組件或內(nèi)在的設(shè)計改進,CAN FD收發(fā)器將難以滿足這些需求。以下波形展示介紹了500 kb/s和2 Mb/s速率時典型的CAN接口頻譜圖,未采用外部濾波器。數(shù)值根據(jù)IEC61967 [8]標準測量獲得。在CAN FD2 Mb/s的速率下運行時產(chǎn)生的頻率“位移”清晰可見。
MC33901在速率為500 kps和2 Mbps時的CAN干擾對比
為了保持汽車市場的EMC等級要求,需要對 CAN驅(qū)動程序進行優(yōu)化,CAN FD 的傳輸速率達到2MB/s是第一步,以后還會實現(xiàn)更高的傳輸速率。
本文選自電子發(fā)燒友網(wǎng)7月《汽車電子特刊》Change The World欄目,轉(zhuǎn)載請注明出處!
CAN可靠性
CAN物理層收發(fā)器的一個重大性能革命在于它實現(xiàn)了自身抵御系統(tǒng)噪聲的干擾,無論有無外部的保護器件。在定義CAN物理層時需要考慮多種規(guī)范的需求。
為了解決這些挑戰(zhàn),在 (EME、EMI、ESD) 領(lǐng)域,利用先進的混合信號和電源技術(shù)SMARTMOS 8工藝,已經(jīng)開發(fā)出一系列豐富多樣的創(chuàng)新,以便實現(xiàn)系統(tǒng)可靠性的提升,并且無需外部扼流圈保護便可達到標準。
抗干擾設(shè)計:
CAN網(wǎng)絡(luò)如同吸收電磁噪聲的天線,它通過類似電動機、電磁閥、繼電器這樣負載切換或者通過外部來源生成。在CAN通信期間,當施加電磁噪聲時,信號完整性不能被干擾。
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