CAN FD的波特率到底能跑多快？

　　眾所周知，CAN FD是基于CAN 2.0的升級版協(xié)議，為了滿足汽車電子日益增長的高帶寬和高傳輸速率的要求，CAN FD主要升級了以下幾個方面：

　　一、更高的傳輸波特率

　　圖 1 可變數(shù)據(jù)段波特率結構

　　CANFD速率包含兩個段的速率，一個是仲裁段和ACK段，沿用CAN2.0的規(guī)范，最高速率為1Mbit/s，中間的數(shù)據(jù)段是可以加速的，標稱可以達到5Mbit/s，甚至更高。

　　二、更高效的數(shù)據(jù)段

　　對于汽車電子來說，對車輛動力系統(tǒng)、地盤以及主被動系統(tǒng)來說，加長的數(shù)據(jù)段避免了數(shù)據(jù)非必要的拆分，大大提升了CAN幀的傳輸效率。

　　圖 2 CAN FD高效的數(shù)據(jù)段

　　三、更可靠的CRC校驗和額外的控制位

　　在傳統(tǒng)的CAN 2.0中，由于填充規(guī)則會對CRC產(chǎn)生干擾，在CAN FD中升級了算法，將填充位加入多項式的運算，主要作為格式檢查，考慮數(shù)據(jù)長度變化的區(qū)間很大，CRC也根據(jù)區(qū)間會生成兩種校驗算法，當幀長小于210位，使用CRC_17，當幀長小于1023位，使用CRC_21位算法。

　　圖 3 可靠的CRC校驗

　　另外在CAN FD中利用了部分保留標志位，新增三種控制位，包括EDL(是否是CANFD幀)、BRS(是否可變速率)以及ESI(錯誤狀態(tài))，豐富幀內(nèi)的有用信息。

　　圖 4 新增控制位

　　接下來我們回到正題，升級后的CAN FD到底能跑多快呢?直接講參數(shù)很膚淺的，我們要分析......那我們就用一個問題開始，大家都知道CAN 2.0最高速率可以到1M，但是為什么汽車電子高速CAN只跑到500K呢?

　　對于CAN總線的傳輸速率來講，傳輸距離和傳輸速率是成反比的，一般來說傳輸距離(m)=(50000/波特率kbps)*0.8，如圖 5所示。

　　圖5 傳輸距離和傳輸速率的關系

　　那收發(fā)器和傳輸距離到底關系何在?剛才提到，收發(fā)器輸出是電平值，電平在傳輸?shù)倪^程中難免衰減，線纜本身的阻抗和容抗無法避免，其次首尾終端電阻也是必要的，主要有兩個功能：

　　?首尾120歐姆終端電阻，保證阻抗連續(xù)性(防止電信號反射);

　　?放電作用;

　　針對終端電阻放電作用，我們下面從兩個層面分析：

　　?電平傳輸層面分析

　　圖 6 CAN FD波形

　　我們先來看一個CANFD分解波形，其中是由顯隱性電平構成的，其中上升沿是由CAN收發(fā)器芯片本身驅(qū)動的。當顯性電平轉變?yōu)殡[形電平的時候，需要終端電阻放電，所以下降沿是我們的終端電阻放電的造成的。

　　圖 7 負載電阻與差分幅值的關系

　　如果下降沿緩慢是什么原因?qū)е?

　　?檢查收發(fā)器外圍電路是否存在容性較大的器件(不影響電路正常工作的情況下拆除)，重新測試波形是否正常;

　　?檢查線纜的參數(shù)，每米容抗是否在正常范圍內(nèi)，正常線纜電容在40-70pF/m，容抗太大，建議更換線纜;

　　?增加終端電阻放電，建議采用專業(yè)設備測試網(wǎng)絡阻抗容抗做正確匹配。

　　圖8 CANscope總線阻抗容抗測試

　　四、總線網(wǎng)絡數(shù)據(jù)能否正確傳輸層面

　　阻抗太大，電壓幅值壓降太大，傳輸距離大大降低?，F(xiàn)象就是在手牽手的網(wǎng)絡拓撲中，當然差分輔幅值最好不要低于1.3V，防止在強干擾的環(huán)境下，導致收發(fā)器無法識別或誤識別總線信號。

　　容抗也是影響下降沿的重要因素，如果下降沿太緩慢會導致位寬拉長，導致收發(fā)器錯誤識別，導致0/1的翻轉，CAN總線是錯誤重發(fā)的機制，會一直重發(fā)，直到這一幀被正確接收。

　　圖 9 電容對下降沿的影響

　　同樣的我們回到阻抗和容抗的匹配是如何影響CAN FD的傳輸速率的呢，接下來我們用實測證明：

　　圖 10 穩(wěn)定時間140ns

　　前面我也提到5M數(shù)據(jù)速率時，位時間是200ns,，實際傳輸過程中，一位時間包含了上升沿、下降沿以及數(shù)據(jù)穩(wěn)定時間，如圖 15所示，數(shù)據(jù)穩(wěn)定時間按是140ns，那其中上升沿和下降沿占了60ns，理想情況下，上升沿和下降沿完全對稱，其中上升沿時間是30ns，按照邊沿極限值12%計算，實際算出來的位時間=30/(12/100)=250ns，那么相對應的傳輸波特率就=1/250ns=4M波特率，所以實際5M波特率也就是在測試使用，如果按照7%的邊沿時間為安全值來計算，實際的位時間=30/(7/100)約等于42ns，相對應的傳輸波特率=1/42ns約等于2.3M，所以想要實際在工況下穩(wěn)定可靠傳輸，數(shù)據(jù)端波特率在2M左右比較合理。

　　綜上所述，影響CAN FD到底能傳輸多快影響的因素非常多，也是我們大多數(shù)工程師在實際CAN總線開發(fā)的過程中會忽略的問題，如果需要CAN總線的相應的產(chǎn)品解決方案，隨時致電我們，期待與您的探討和交流。