CAN 收发器的聚合挑战，飞思卡尔有妙招

　　本文作者：

　　飞思卡尔公司 David Lopez & Philippe Mounier

       摘要

　　行业正在面临着看似截然相反的两种发展趋势，一种趋势需要更高带宽，以更低的成本提高数据交换速率；另一种趋势则需要出色的能源效率。CAN是平衡这两种需求的核心所在，这需要推出多种创新技术，既要分别利用这些技术，同时又将它们相互结合，以便应对这两种趋势，最终各种需求和限制因素归结为物理层的实现。

　　本文介绍CAN FD（Flexible data）可变速率物理层的技术挑战、潜在的应用案例场景，包括边界条件下的可靠性要求，以及与替代性解决方案相比，为网络带来的器件节省优势。与此同时，为了功耗优化，可供选择的是否带唤醒系统功能的CAN收发器在汽车行业的应用在不断增加，并且能够为有这类需求的其它市场（例如工业市场）带来极大的效益。

　　每一种创新都有助于确保并且增强CAN的使用性能，提高效率或增加传输速率，如今这些创新相互组合，又需要解决各种全新的挑战。

　　在汽车网络领域，通信标准已经向前迈出了重大一步，电子设备延伸到各种汽车平台。自从1980年控制器局域网（CAN）创建以来，它便在一直适应发展，解决了这个行业的带宽、可靠性和低功耗等方面的各种挑战。

　　各种市场都采用了CAN拓扑技术。CAN最初的开发目的是为了支持汽车市场，随着获得汽车5大领域（动力总成、底盘、安全、车身和车载信息娱乐系统）的大范围认可，CAN如今已经应用于众多其它领域（重型车辆——基于J1939的解决方案、农业机械——ISO 11783，又称Isobus、航天系统——Arinc 825/6、移动设备、医疗和不断发展壮大、采用CANopen EN50325-4和CANopen安全标准EN 50325-5的工厂自动化应用）。

　　到2015年将会达到20亿个节点（80%的节点属于汽车市场，其它属于工业市场），CAN会成为最大规模工业网络标准的组成部分，并在对成本和可靠性敏感的应用中受到越来越多的关注。

　　CAN市场细分，单位百万（2015年）

　　CAN的优势有多种：由基于全差分结构，可以用于系统间通信 ，降低了噪声干扰；它还可以作为即插即用解决方案，提供灵活的带宽。此外，由于通过行业规范的认可和兼容性一致性测试（电气和EMC/ESD），大幅提高了物理层对外部干扰的抵抗能力和内部噪声的抑制能力。CAN收发器的这些新的技术革命带来了他的使用更加简单、快速和强健。

　　这种标准化的进程有利于CAN总线技术在市场上的快速增长，降低了这种技术解决方案的整体成本。

　　如今，为了适应更快通信换速率的行业发展趋势，以及降低网络能耗的需求，由此推出了新的标准。

　　CAN PN（partial networking） （ISO11898-6）支持选择性唤醒，在物理层内部可以存储并检查ECU唤醒。其次，另一个问题便是需要提高带宽，CAN FD确保了在传输期间实现更快的波特率和更高的数据量。

　　提高网络级的带宽可以延迟向更高波特率网络的过渡，并且成本更低（与FlexRay或者以太网相比），提供中间系统解决方案，满足更高通信速率的需求。

　　这样的演变需要物理层做出相应的调整以适应每一种市场的需求，而且需要将各种架构加以整合，以便维持强劲的性能。

　　CAN高速物理层和提高带宽的挑战

　　如今大部分汽车CAN使用速率为500 kb/s。只有少数应用的运行速率达到1 Mb/s，但它们会面临严重的技术限制条件，例如网络长度和节点数量，CAN FD允许提高CAN帧数据段的比特率，并且可以扩大传输数据字节的数量，同时数据帧起始段（ID，DLC）与现行的波特率保持一致大多数情况下为500 kb/s。这从整体上有助于提高CAN协议的效率，同时确保运行现有的CAN网络拓扑技术（长度、存节点、终端概念）。

　　在最初发布时，CAN FD协议和技术规范声称其可以使用现有的CAN收发器，尽管运行速率可高达8 Mb/s。但是，深入分析ECU和主要的CAN收发器设备在最终应用环境（例如EMC）中应该满足的要求、环境和技术规范，所得结论是：至少需要对CAN收发器实施一定的优化，最终大幅改变收发器的理念或设计，从而全面符合可变速率的技术规范。

　　关于EMC，辐射干扰或传导干扰取决于信号完整性和CAN信号的波形。然而，CAN传输波特率（即500 kb/s）衍生出的基波和谐波在整个频谱范围内都是清晰可见的。

　　为了提高CAN FD波特率，部分比特数据通过更高波特率传输，这会导致谐波“移动”到更高频率的频谱范围。

　　在这些频率下，要求具有极低的干扰，如果没有外部滤波组件或内在的设计改进，CAN FD收发器将难以满足这些需求。以下波形展示介绍了500 kb/s和2 Mb/s速率时典型的CAN接口频谱图，未采用外部滤波器。数值根据IEC61967 ［8］标准测量获得。在CAN FD2 Mb/s的速率下运行时产生的频率“位移”清晰可见。

　　MC33901在速率为500 kps和2 Mbps时的CAN干扰对比

        为了保持汽车市场的EMC等级要求，需要对 CAN驱动程序进行优化，CAN FD 的传输速率达到2MB/s是第一步，以后还会实现更高的传输速率。

        本文选自电子发烧友网7月《汽车电子特刊》Change The World栏目，转载请注明出处！