如何搭建可靠的汽車CAN網(wǎng)絡(luò)？

　　廣州金升陽(yáng)科技有限公司摘 要：將從CAN總線在汽車上的應(yīng)用與設(shè)計(jì)，給出可靠的汽車CAN總線解決方案。

　　關(guān)鍵詞：CAN；汽車；可靠

　　1 汽車總線系統(tǒng)架構(gòu)

　　市場(chǎng)調(diào)查表明，現(xiàn)如今大部分乘用車都選用基于CAN的網(wǎng)絡(luò)，已占據(jù)整個(gè)汽車網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的63%以上。目前汽車上各種基于CAN的網(wǎng)絡(luò)通過(guò)網(wǎng)關(guān)連接在一起（如圖1）。未來(lái)，汽車的儀表盤將會(huì)是一個(gè)局部CAN網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)也兼顧網(wǎng)關(guān)的功能。

　　高速CAN網(wǎng)絡(luò)主要用于動(dòng)力系統(tǒng)的通信，傳輸速率在125 kb/s~1 Mb/s 之間，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通訊可以使用滿足ISO11898-1、ISO11898-2的CAN模塊收發(fā)器。

　　與此同時(shí)，汽車制造商還會(huì)利用CAN的多路系統(tǒng)連接車身電子控制單元（ECU）來(lái)構(gòu)建車身網(wǎng)絡(luò)的低速子網(wǎng)，速率一般小于125 kb/s。

　　2 物理鏈路設(shè)計(jì)

　　CAN總線的物理連接如圖2所示，總線兩端均串聯(lián)1個(gè)負(fù)載電阻RL，用來(lái)抑制信號(hào)反射，作為系統(tǒng)終端來(lái)使用。

　　物理鏈路的設(shè)計(jì)往往決定傳輸信號(hào)的質(zhì)量、誤碼率，標(biāo)準(zhǔn)化的電氣特性可以減少這些問(wèn)題的出現(xiàn)。物理介質(zhì)/連接器設(shè)計(jì)推薦如表1。

　　3 收發(fā)器可靠性設(shè)計(jì)

　　媒體相關(guān)接口（CAN收發(fā)器）是協(xié)議控制器與物理傳輸線路之間的接口，直接連接傳輸總線側(cè)與控制器側(cè)，承擔(dān)總線側(cè)惡劣的環(huán)境/干擾，保護(hù)控制側(cè)正常運(yùn)作，收發(fā)器的可靠性設(shè)計(jì)就變得尤為重要。收發(fā)器的高總線系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)。

　　● 高隔離耐壓設(shè)計(jì)：當(dāng)總線側(cè)與控制側(cè)存在1個(gè)極高的干擾電壓時(shí)，保護(hù)控制側(cè)不受影響。

　　● 總線電壓保護(hù)設(shè)計(jì)：需要保證總線共模電壓升高或短路時(shí)不受影響。

　　● 高ESD防護(hù)設(shè)計(jì)：在安裝或維修過(guò)程中，接觸到的地方可能會(huì)產(chǎn)生高電壓、低能量的靜電破壞，整機(jī)/模塊需要有抵御 該破壞的能力。

　　● 短路故障保護(hù)設(shè)計(jì)：要求在總線短路（包括對(duì)地短路與差分線短路）60 s后，整機(jī)能回復(fù)正常，這要求收發(fā)器具備輸出短路保護(hù)的功能。

　　● 高工作溫度環(huán)境設(shè)計(jì)：汽車上各部分溫度差異很大，其中壓縮機(jī)出氣口的溫度可達(dá)到140~150 ℃，如果汽車運(yùn)行在北方國(guó)家或高原地區(qū)，溫度可低至-20 ℃。這要求整個(gè)汽車模塊有足夠?qū)挼臏囟裙ぷ鞣秶?/p>

　　● 環(huán)境可靠性設(shè)計(jì)：滿足汽車的可靠性試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，需要滿足的基本試驗(yàn)有：溫度循環(huán)，溫/濕度綜合試驗(yàn)，高溫工作壽命，機(jī)械沖擊與跌落，鹽霧試驗(yàn)。為降低整機(jī)測(cè)試風(fēng)險(xiǎn)，推薦選取本身通過(guò)AEC-Q100試驗(yàn)，并按IATF16949管控的汽車級(jí)CAN收發(fā)器產(chǎn)品。

　　4 收發(fā)模塊 EMC 解決方案

　　應(yīng)用于汽車上的零部件EMC標(biāo)準(zhǔn)為CISPR25，而CISPR25規(guī)定的EMI性能比工業(yè)級(jí)CISPR32 規(guī)定的要求嚴(yán)格很多，這導(dǎo)致汽車產(chǎn)品的EMI問(wèn)題都很難解決，最終導(dǎo)致開(kāi)發(fā)項(xiàng)目周期延長(zhǎng)。那么如何優(yōu)化整體系統(tǒng)EMI性能呢？

　　● 對(duì)易干擾/受擾器件進(jìn)行屏蔽及保護(hù)。在整個(gè)汽車系統(tǒng)內(nèi)提供1個(gè)參考地平面，將所有屏蔽外殼與保護(hù)外圍接至地平面，能有效地抑制EMI干擾。

　　● 保護(hù)信號(hào)，CAN信號(hào)電纜走線要求遠(yuǎn)離其他強(qiáng)干擾源，如電源模塊等，同時(shí)使用屏蔽雙絞線。

　　● 設(shè)計(jì)外圍的原則是提供低阻抗的回路。如圖3，無(wú)論是優(yōu)化EMI還是保護(hù)內(nèi)部的EMS性能，選擇合適大小的濾波電容，對(duì)應(yīng)在特定的頻率點(diǎn)有最低的交流阻抗，減小高頻回路，是優(yōu)化EMI的根本措施。

　　● 汽車系統(tǒng)內(nèi)部走線精簡(jiǎn)，環(huán)路減小，避免直角走線。

　　5 典型應(yīng)用電源解決方案

　　汽車車門控制單元的電源解決方案示意圖如圖4。

　　6 小結(jié)

　　目前，所有的制造商都在汽車網(wǎng)絡(luò)化控制上投入大量的資源，廠商及消費(fèi)者也從汽車網(wǎng)絡(luò)化的廣泛應(yīng)用中獲取實(shí)際的利益。不過(guò)，汽車各零部件要有優(yōu)秀的可靠性及EMC性能，才能源源不斷的產(chǎn)生利益。金升陽(yáng)具備多種可靠性試驗(yàn)室，將持續(xù)為汽車行業(yè)提供汽車零部件及汽車電源/收發(fā)器解決方案，簡(jiǎn)化客戶的汽車開(kāi)發(fā)/測(cè)試周期，綜合提升系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性、可靠性。

　?。ㄗⅲ罕疚膩?lái)源于科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2020年第07期。）