CAN 收發(fā)器的聚合挑戰，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。

　　在汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )領(lǐng)域，通信標準已經(jīng)向前邁出了重大一步，電子設備延伸到各種汽車(chē)平臺。自從1980年控制器局域網(wǎng)（CAN）創(chuàng )建以來(lái)，它便在一直適應發(fā)展，解決了這個(gè)行業(yè)的帶寬、可靠性和低功耗等方面的各種挑戰。

　　各種市場(chǎng)都采用了CAN拓撲技術(shù)。CAN最初的開(kāi)發(fā)目的是為了支持汽車(chē)市場(chǎng)，隨著(zhù)獲得汽車(chē)5大領(lǐng)域（動(dòng)力總成、底盤(pán)、安全、車(chē)身和車(chē)載信息娛樂(lè )系統）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(chē)輛——基于J1939的解決方案、農業(yè)機械——ISO 11783，又稱(chēng)Isobus、航天系統——Arinc 825/6、移動(dòng)設備、醫療和不斷發(fā)展壯大、采用CANopen EN50325-4和CANopen安全標準EN 50325-5的工廠(chǎng)自動(dòng)化應用）。

　　到2015年將會(huì )達到20億個(gè)節點(diǎn)（80%的節點(diǎn)屬于汽車(chē)市場(chǎng)，其它屬于工業(yè)市場(chǎng)），CAN會(huì )成為最大規模工業(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(lái)越多的關(guān)注。

　　CAN市場(chǎng)細分，單位百萬(wàn)（2015年）

　　CAN的優(yōu)勢有多種：由基于全差分結構，可以用于系統間通信 ，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(guò)行業(yè)規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(lái)了他的使用更加簡(jiǎn)單、快速和強健。

　　這種標準化的進(jìn)程有利于CAN總線(xiàn)技術(shù)在市場(chǎng)上的快速增長(cháng)，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，在物理層內部可以存儲并檢查ECU喚醒。其次，另一個(gè)問(wèn)題便是需要提高帶寬，CAN FD確保了在傳輸期間實(shí)現更快的波特率和更高的數據量。

　　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(guò)渡，并且成本更低（與FlexRay或者以太網(wǎng)相比），提供中間系統解決方案，滿(mǎn)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整以適應每一種市場(chǎng)的需求，而且需要將各種架構加以整合，以便維持強勁的性能。

　　CAN高速物理層和提高帶寬的挑戰

　　如今大部分汽車(chē)CAN使用速率為500 kb/s。只有少數應用的運行速率達到1 Mb/s，但它們會(huì )面臨嚴重的技術(shù)限制條件，例如網(wǎng)絡(luò )長(cháng)度和節點(diǎn)數量，CAN FD允許提高CAN幀數據段的比特率，并且可以擴大傳輸數據字節的數量，同時(shí)數據幀起始段（ID，DLC）與現行的波特率保持一致大多數情況下為500 kb/s。這從整體上有助于提高CAN協(xié)議的效率，同時(shí)確保運行現有的CAN網(wǎng)絡(luò )拓撲技術(shù)（長(cháng)度、存節點(diǎn)、終端概念）。

　　在最初發(fā)布時(shí)，CAN FD協(xié)議和技術(shù)規范聲稱(chēng)其可以使用現有的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)器設備在最終應用環(huán)境（例如EMC）中應該滿(mǎn)足的要求、環(huán)境和技術(shù)規范，所得結論是：至少需要對CAN收發(fā)器實(shí)施一定的優(yōu)化，最終大幅改變收發(fā)器的理念或設計，從而全面符合可變速率的技術(shù)規范。

　　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(gè)頻譜范圍內都是清晰可見(jiàn)的。

　　為了提高CAN FD波特率，部分比特數據通過(guò)更高波特率傳輸，這會(huì )導致諧波“移動(dòng)”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(méi)有外部濾波組件或內在的設計改進(jìn)，CAN FD收發(fā)器將難以滿(mǎn)足這些需求。以下波形展示介紹了500 kb/s和2 Mb/s速率時(shí)典型的CAN接口頻譜圖，未采用外部濾波器。數值根據IEC61967 ［8］標準測量獲得。在CAN FD2 Mb/s的速率下運行時(shí)產(chǎn)生的頻率“位移”清晰可見(jiàn)。

　　MC33901在速率為500 kps和2 Mbps時(shí)的CAN干擾對比

為了保持汽車(chē)市場(chǎng)的EMC等級要求，需要對 CAN驅動(dòng)程序進(jìn)行優(yōu)化，CAN FD 的傳輸速率達到2MB/s是第一步，以后還會(huì )實(shí)現更高的傳輸速率。

本文選自電子發(fā)燒友網(wǎng)7月《汽車(chē)電子特刊》Change The World欄目，轉載請注明出處！

　　CAN可靠性

　　CAN物理層收發(fā)器的一個(gè)重大性能革命在于它實(shí)現了自身抵御系統噪聲的干擾，無(wú)論有無(wú)外部的保護器件。在定義CAN物理層時(shí)需要考慮多種規范的需求。

　　為了解決這些挑戰，在 （EME、EMI、ESD） 領(lǐng)域，利用先進(jìn)的混合信號和電源技術(shù)SMARTMOS 8工藝，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一系列豐富多樣的創(chuàng )新，以便實(shí)現系統可靠性的提升，并且無(wú)需外部扼流圈保護便可達到標準。

　　抗干擾設計：

　　CAN網(wǎng)絡(luò )如同吸收電磁噪聲的天線(xiàn)，它通過(guò)類(lèi)似電動(dòng)機、電磁閥、繼電器這樣負載切換或者通過(guò)外部來(lái)源生成。在CAN通信期間，當施加電磁噪聲時(shí)，信號完整性不能被干擾。