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作者: 发布时间:2014-11-21 来源: 繁体版
  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

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  飞思卡尔公司 David Lopez & Philippe MounierC6Z自动化在线网
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       摘要C6Z自动化在线网

  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。C6Z自动化在线网

  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。C6Z自动化在线网

  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。C6Z自动化在线网

  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。C6Z自动化在线网

  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)。C6Z自动化在线网

  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。C6Z自动化在线网

  CAN市场细分,单位百万(2015年)C6Z自动化在线网

  CAN收发器的聚合挑战,飞思卡尔有妙招C6Z自动化在线网

  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。C6Z自动化在线网

  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。C6Z自动化在线网

  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。C6Z自动化在线网

  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。C6Z自动化在线网

  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。C6Z自动化在线网

  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。C6Z自动化在线网

  CAN高速物理层和提高带宽的挑战C6Z自动化在线网

  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)。C6Z自动化在线网

  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。C6Z自动化在线网

  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。C6Z自动化在线网

  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。C6Z自动化在线网

  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。C6Z自动化在线网

  MC33901在速率为500 kps和2 Mbps时的CAN干扰对比


CAN 收发器的聚合挑战,飞思卡尔有妙招
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