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CAN到CAN FD快速升级的实现方案

科技大小事 作者:厂商供稿 2018-09-19 16:56 次阅读

自动驾驶技术迅速发展,车辆中的CAN总线已经无法满足数据吞吐量和传输速度的要求,CAN总线的加速升级版——CAN FD技术正在逐渐替代现有网络,为了进一步了解CAN FD,本文将从产品的实际应用介绍CAN FD的升级及优势。

随着汽车电子、工业自动化的蓬勃发展,CAN总线上的设备数量、数据量都大大增加,这就使得传统的CAN总线在传输速率和带宽方面越来越力不从心,因此CAN FD孕育而生。

那么如何实现CAN到CAN FD的升级呢?

一、CANFDCOM的应用

CANFDCOM-100IE智能协议转换器可以快速将RS-232/485/422通讯设备连接到CAN(FD)-bus现场总线,实物图如图1所示。转换器支持1200-921600bps串口波特率,以及50k-5Mbps的CAN(FD)-bus 通讯速率。

图1 CANFDCOM-100IE实物图

CANFDCOM-100IE应用广泛,例如煤矿远程通讯、PLC设备联网、CAN(FD)工业自动化控制系统、现有RS-232/485/422设备连接 CAN(FD)-bus 网络等。

CAN到CAN FD快速升级的实现方案

图2 设备连接电路

如图2所示,通常变频器带有RS-232/485接口,可通过CANFDCOM-100IE串口转CAN(FD)快速将变频器设备连接至CAN(FD)-bus网络中,从而实现CAN(FD)报文的收发。

转换器支持四种转换模式:透明转换、透明带标识转换、格式转换、Modbus 转换,适应不同用户需求。同时提供配置软件,可以灵活设置CANFDCOM-100IE的运行参数。如图3所示。

图3 CANFDCOM配置界面

CANFDCOM还可以连接到PC端,另一端连接至CAN(FD)网络,进行串行帧与CAN(FD)报文的相互收发。

参数配置完成之后,使用串口助手发送串行帧转CAN(FD)报文,如图4所示。借助ZCANPRO工具可以观察CAN(FD)帧信息,如图5所示。

CANFDCOM-100IE支持ISO标准CAN FD与BoschCANFD标准,每个接口具备独立的2500VDC电气隔离保护电路,使接口卡避免由于地环流的损坏,增强系统在恶劣环境中使用的可靠性。

图4 串行帧收发界面

图5 CAN FD帧信息界面

二、CANFDSM的应用

CANFDSM-100是一款串口转 CAN(FD)模块,内置微处理器,实物图如图6所示。可以很方便地嵌入到具有UART接口的设备中,如图7所示。

在添加CAN(FD)收发器以后,实现UART设备和CAN-bus网络之间的数据通讯。

图6 CANFDSM-100实物图

图7 CANFDSM-100效果图

使用MCU与CANFDSM-100连接,如图8所示,其中LPC54616是NXP发行的LPC54000系列微控制器。CFG引脚闭合时,用于配置模块,配置方式建议使用AT指令。CAN(FD)接口使用的是CTM3MFD隔离模块,可以轻松实现用户的MCU连接至CAN FD网络中。

CANFDSM内部集成了CAN控制器,CAN控制器是CAN-bus设备的核心元件,集成了CAN规范中数据链路层的全部功能,能够自动完成CAN-bus协议的解析。

CAN到CAN FD快速升级的实现方案

图8 设备连接图

然而,CAN FD与传统的CAN在实际的应用中并没有太大的差异,线缆的选型、拓扑的选择、总线的布设等均大同小异。CAN收发器就是将CAN控制器的逻辑电平与CAN总线差分电平相互转换的电平转换器。

三、实现CAN收发器的方案有两种

1、采用CAN收发IC;

2、使用CAN隔离收发模块。

在一些干扰较严重的场合,隔离依然必不可少。隔离可以避免潜在的高压危险、消除地电势差及地环路,从而大大提高通信的可靠性。

ZLG致远电子推出的CAN FD隔离CAN收发器CTM5MFD、CTM3MFD,体积小巧,可支持最高5Mbit/s的传输速率,是CAN FD隔离应用的理想解决方案。CAN FD隔离收发器选型如表1所示。

表1 CAN FD隔离收发器选型表

CAN到CAN FD快速升级的实现方案

CAN FD的优势

CAN FD继承了CAN总线的主要特性,提高了CAN总线的网络通信带宽,改善了错误帧漏检率,同时可以保持网络系统大部分软硬件特别是物理层不变。CAN FD协议是CAN-BUS协议的最新升级,可以满足更高的带宽及数据吞吐量。

CAN FD速率包含两个段的速率,其中仲裁段和ACK段沿用CAN2.0的规范,最高速率为1Mbit/s,中间的数据段是可以加速的,可以达到5Mbit/s,甚至更高;

CAN FD对数据场的长度作了很大的补充,数据长度码(DLC)最大可以传输64字节有效数据。这意味着CAN FD具有更高的有效传输负载;

CAN FD 数据帧在控制场新添加FDF位、BRS位、ESI位(FDF位判断报文类型、BRS位表示位速率转换、ESI位表示错误状态),如图9所示;

CAN FD对CRC算法作了改变,即CRC以含填充位的位流进行计算,改善了错误帧漏检率。

CAN到CAN FD快速升级的实现方案

图9 CAN FD标准帧

总结

1、要实现CAN FD的快速升级首先需要使用支持CAN FD协议的MCU或控制器,还要选取新的网络调试和监测工具;

2、需要支持更高的传输速率的收发器,若设计的CAN FD节点的最高速率5Mbit/s,则收发器的传输速率也必须达到此数值。CAN FD隔离CAN收发器CTM5MFD、CTM3MFD,是CAN FD隔离应用的理想解决方案。

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    TCAN1044x-Q1器件均为高速控制器局域网(CAN)收发器,满足ISO 11898-2:2016高速CAN规范的物理层要求,可提供CAN总线和CAN协议控制器之间的接口.TCAN1044x-Q1器件支持传统CAN和CAN FD网络,具有最高5Mbps的数据速率。部件号中带有“V”后缀的器件具有通过V IO 端子实现的内部逻辑电平转换功能,允许直接连接到1.8V,3.3V或5V控制器。这些器件具有低功耗待机模式,可通过ISO 11898-2:2016定义的唤醒模式( WUP)实现远程唤醒.TCAN1044x-Q1器件具有许多保护和诊断特性,包括热关断(TSD),驱动器显性超时(TXD DTO)和高达±42V的总线故障保护。 特性 AEC Q100:符合汽车类应用标准 器件温度等级1: -40°C至125° CT A 符合ISO 11898-2:2016和ISO 11898-5:2007物理层标准的要求 高达5Mbps的传统CAN和CAN FD支持 较短的对称传播延迟时间和快速循环次数增加时序余量 在有负载CAN网络中实现更快的数据速率< /li> I /O电压范围:1.8V至5V 优化了未上电时的性能 总线和逻辑终端为 结温范围:-40°C至150°C 可提供SOIC(8)封装和无引线VSON...
    发表于 01-08 17:49 781次 阅读
    TCAN1044-Q1 汽车类高速 CAN 收发器

    TCAN1044V-Q1 汽车类高速 CAN 收发器

    TCAN1044x-Q1器件均为高速控制器局域网(CAN)收发器,满足ISO 11898-2:2016高速CAN规范的物理层要求,可提供CAN总线和CAN协议控制器之间的接口.TCAN1044x-Q1器件支持传统CAN和CAN FD网络,具有最高5Mbps的数据速率。部件号中带有“V”后缀的器件具有通过V IO 端子实现的内部逻辑电平转换功能,允许直接连接到1.8V,3.3V或5V控制器。这些器件具有低功耗待机模式,可通过ISO 11898-2:2016定义的唤醒模式( WUP)实现远程唤醒.TCAN1044x-Q1器件具有许多保护和诊断特性,包括热关断(TSD),驱动器显性超时(TXD DTO)和高达±42V的总线故障保护。 特性 AEC Q100:符合汽车类 应用标准器件温度等级 1:–40°C 至 125°C TA符合 ISO 11898-2:2016 和 ISO 11898-5:2007 物理层标准的要求高达 5Mbps 的传统 CAN 和 CAN FD 支持较短的对称传播延迟时间和快速循环次数增加时序余量在有负载 CAN 网络中实现更快的数据速率I/O 电压范围:1.8V 至 5V优化了未上电时的性能总线和逻辑终端为高阻抗(运行总线或应用上无负载) 支持热插拔:总线和 RXD 输出端加电/断电时的无毛...
    发表于 01-08 17:49 892次 阅读
    TCAN1044V-Q1 汽车类高速 CAN 收发器

    TLIN2441-Q1 具有集成电压稳压器和看门狗的汽车本地互联网络收发器

    TLIN2441-Q1是一款LocalInterconnect网络(LIN)物理层收发器,具有集成的低压差稳压器,唤醒和保护功能,符合LIN 2.0标准,LIN 2.1,LIN 2.2,LIN2.2A和ISO /DIS17987-4.2标准.TLIN2441-Q1集成了基于窗口或超时的看门狗监控器,可通过PIN或SPI进行配置和控制。 TLIN2441-Q1看门狗由PIN捆扎或SPI控制,具体取决于上电时引脚9的状态。 LIN是一种单线双向总线,通常用于低速车载网络,数据速率高达20 kbps。 LIN接收器支持高达100 kbps的数据速率,用于行结束编程。 TLIN2441-Q1使用限流波形整形驱动器将TXD输入上的LIN协议数据流转换为LIN总线信号,从而减少电磁辐射(EME)。接收器将数据流转换为逻辑电平信号,通过开漏RXDpin发送到微处理器。 使用休眠模式可以实现超低电流消耗,允许通过LIN总线或引脚唤醒。 LIN总线有两种状态:显性状态(接近电压)和隐性状态(电池附近的电压)。在隐性状态下,LIN总线通过内部上拉电阻(45kΩ)和串联二极管拉高。从应用程序不需要外部上拉组件。主应用需要一个外部上拉电阻(1kΩ)和LIN规范的串联二极管。 特性 AEC Q...
    发表于 01-08 17:48 375次 阅读

    TLIN1441-Q1 具有集成电压稳压器和看门狗的汽车本地互联网络收发器

    TLIN1441-Q1是一款LocalInterconnect网络(LIN)物理层收发器,具有集成的低压差稳压器,唤醒和保护功能,符合LIN 2.0标准,LIN 2.1,LIN 2.2,LIN2.2A和ISO /DIS17987-4.2标准.TLIN1441-Q1集成了一个基于窗口或超时的看门狗监控器,可通过PIN或SPI进行配置和控制。 TLIN1441-Q1看门狗由PIN捆扎或SPI控制,具体取决于上电时引脚9的状态。 LIN是一种单线双向总线,通常用于低速车载网络,数据速率高达20 kbps。 LIN接收器支持高达100 kbps的数据速率,用于行结束编程。 TLIN1441-Q1使用限流波形整形驱动器将TXD输入上的LIN协议数据流转换为LIN总线信号,从而减少电磁辐射(EME)。接收器将数据流转换为逻辑电平信号,通过开漏RXDpin发送到微处理器。 使用休眠模式可以实现超低电流消耗,允许通过LIN总线或引脚唤醒。 LIN总线有两种状态:显性状态(接近电压)和隐性状态(电池附近的电压)。在隐性状态下,LIN总线通过内部上拉电阻(45kΩ)和串联二极管拉高。从应用程序不需要外部上拉组件。主应用需要一个外部上拉电阻(1kΩ)和LIN规范的串联二极管。 特性 AEC...
    发表于 01-08 17:48 480次 阅读

    SN65LBC031 高速控制器局域网 (CAN) 收发器

    SN75LBC031是一个CAN收发器,用作CAN控制器和物理总线之间的接口,用于高达500 kBaud的高速应用。该器件为差分总线提供传输能力,并为控制器提供差分接收功能。发送器输出(CANH和CANL)具有内部转换调节功能,可提供受控对称性,从而实现低EMI辐射。两个变送器输出都可以完全防止电池短路和总线上可能发生的瞬态电压。在器件功耗过大的情况下,热关断电路会在大约160°C的结温下禁用输出驱动器。在发送器输入端包含内部上拉电阻可确保在上电和协议控制器复位期间定义输出。对于500 kBaud的正常操作,ASC端子打开或连接到GND。对于125 kBaud的低速运行,可以通过将ASC端子连接到V CC 来增加总线输出转换时间以降低EMI。接收器包括一个集成滤波器,可将信号抑制成小于30 ns的脉冲。 SN75LBC031的工作温度范围为-40°C至85°C。 SN65LBC031的工作温度范围为-40°C至125°C。 SN65LBC031Q的特点是可在-40°C至125°C的汽车温度范围内工作。 特性 SN75LBC031符合标准ISO /DIS 11898(最高500 k波特) 50 mA时的驱动器输出能力 宽输入/输出总输入/输出总线电压范围 总线输出短路保...
    发表于 10-16 10:08 320次 阅读
    SN65LBC031 高速控制器局域网 (CAN) 收发器

    SN65HVD233 具有待机模式和环回功能的 3.3V CAN 收发器

    SN65HVD233,SN65HVD234和SN65HVD235用于采用符合ISO 11898标准的控制器局域网(CAN)串行通信物理层的应用中。作为CAN收发器,每个都在差分CAN总线和CAN控制器之间提供发送和接收功能,信号速率高达1 Mbps。 设计用于特别恶劣的环境,设备具有交叉线保护,高达±36 V的过压保护,接地保护丢失,过热(热关断)保护以及±100 V的共模瞬变保护。这些器件可在7 V至12 V的宽共模范围内工作。这些收发器是微处理器上的主机CAN控制器与工业,楼宇自动化,运输和汽车应用中使用的差分CAN总线之间的接口。 模式: R < SN65HVD233,SN65HVD234和SN65HVD235的sub> S 引脚(引脚8)提供三种工作模式:高速,斜率控制和低功耗待机模式。通过将引脚8直接连接到地来选择高速工作模式,允许驱动器输出晶体管尽可能快地接通和断开,而不限制上升和下降斜率。可以通过在R S 引脚和地之间连接一个电阻来调整上升和下降斜率。斜率将与引脚的输出电流成比例。电阻值为10kΩ时,器件驱动器的压摆率约为15 V /μs,值为100kΩ时,器件的压摆率约为2.0 V /μs。有关斜率控制的更多信息,请参阅功能描述。 SN65HVD23...
    发表于 10-16 10:08 1851次 阅读
    SN65HVD233 具有待机模式和环回功能的 3.3V CAN 收发器

    TLIN2024-Q1 四路 LIN 收发器

    TLIN2024-Q1器件是一款四路局域互连网络(LIN)物理层收发器,集成了唤醒和保护特性,符合LIN 2.0 ,LIN 2.1,LIN 2.2,LIN 2.2A和ISO /DIS 17987-4.2标准.LIN是一根单线制双向总线,通常用于低速车载网络,数据传输速率高达20kbps.LIN接收器支持数据传输速率高达100kbps的内联编程应用.TLIN2024-Q1具有两个独立的双路LIN收发器模块.V SUP1 /2 可控制独立的双路收发器模块.TLIN2024-Q1使用一个可降低电磁辐射(EME)的限流波形整形驱动器将TXD输入上的LIN协议数据流转化为LIN总线信号。接收器将数据流转化为逻辑电平信号,此信号通过开漏RXD引脚发送到微处理器。休眠模式可实现超低电流消耗,该模式允许通过LIN总线或EN引脚实现唤醒。集成电阻器,静电放电(ESD)保护和故障保护功能有助于设计人员节约应用的布板空间 特性 符合汽车类标准 具有符合AEC Q100标准的下列结果: 器件环境温度:-40°C至125°C 器件HBM ESD分类等级:±6kV 器件CDM ESD分类等级:±1.5kV 符合LIN 2.0,LIN 2.1,LIN 2.2,LIN 2.2A和ISO /DIS 17987-4.2标...
    发表于 10-16 10:08 389次 阅读
    TLIN2024-Q1 四路 LIN 收发器

    SN75LBC031 收发器

    SN75LBC031是一个CAN收发器,用作CAN控制器和物理总线之间的接口,用于高达500 kBaud的高速应用。该器件为差分总线提供传输能力,并为控制器提供差分接收功能。发送器输出(CANH和CANL)具有内部转换调节功能,可提供受控对称性,从而实现低EMI辐射。两个变送器输出都可以完全防止电池短路和总线上可能发生的瞬态电压。在器件功耗过大的情况下,热关断电路会在大约160°C的结温下禁用输出驱动器。在发送器输入端包含内部上拉电阻可确保在上电和协议控制器复位期间定义输出。对于500 kBaud的正常操作,ASC端子打开或连接到GND。对于125 kBaud的低速运行,可以通过将ASC端子连接到V CC 来增加总线输出转换时间以降低EMI。接收器包括一个集成滤波器,可将信号抑制成小于30 ns的脉冲。 SN75LBC031的工作温度范围为-40°C至85°C。 SN65LBC031的工作温度范围为-40°C至125°C。 SN65LBC031Q的特点是可在-40°C至125°C的汽车温度范围内工作。 特性 SN75LBC031符合标准ISO /DIS 11898(最高500 k波特) 50 mA时的驱动器输出能力 宽输入/输出总输入/输出总线电压范围 总线输出短路保...
    发表于 10-16 10:08 229次 阅读
    SN75LBC031 收发器

    SN65LBC031Q 高速控制器局域网 (CAN) 收发器

    SN75LBC031是一个CAN收发器,用作CAN控制器和物理总线之间的接口,用于高达500 kBaud的高速应用。该器件为差分总线提供传输能力,并为控制器提供差分接收功能。发送器输出(CANH和CANL)具有内部转换调节功能,可提供受控对称性,从而实现低EMI辐射。两个变送器输出都可以完全防止电池短路和总线上可能发生的瞬态电压。在器件功耗过大的情况下,热关断电路会在大约160°C的结温下禁用输出驱动器。在发送器输入端包含内部上拉电阻可确保在上电和协议控制器复位期间定义输出。对于500 kBaud的正常操作,ASC端子打开或连接到GND。对于125 kBaud的低速运行,可以通过将ASC端子连接到V CC 来增加总线输出转换时间以降低EMI。接收器包括一个集成滤波器,可将信号抑制成小于30 ns的脉冲。 SN75LBC031的工作温度范围为-40°C至85°C。 SN65LBC031的工作温度范围为-40°C至125°C。 SN65LBC031Q的特点是可在-40°C至125°C的汽车温度范围内工作。 特性 SN75LBC031符合标准ISO /DIS 11898(最高500 k波特) 50 mA时的驱动器输出能力 宽输入/输出总输入/输出总线电压范围 总线输出短路保...
    发表于 10-16 10:08 230次 阅读
    SN65LBC031Q 高速控制器局域网 (CAN) 收发器