电子发烧友网报道(文/吴子鹏)随着汽车电子、工业自动化设备的发展迭代,CAN总线上的设备、数据量都大大增加,给CAN总线带来了极大的挑战。因此,CAN FD应运而生。CAN和CAN FD的物理层作用是一样的,都是将3.3V/5V的逻辑信号转换成差分信号。不过,传统CAN的最高速率是1Mbps,最多支持8个数据字节;而CAN FD的最高速率是8Mbps,最多支持64个数据字节。因此,CAN FD带来了更好的传输速率和传输效率,并提供可变的传输速率,兼容传统CAN协议。
不过,过往国产CAN FD芯片主要走的都是兼容的路线,主要替代的是恩智浦等公司的产品。
兼容国际厂商的技术路径
CAN由博世公司提出的一种用于汽车和其他领域的串行通信协议。在CAN总线上,每个节点都有往总线上发送消息的能力,而且消息的发送不必遵从任何预先设定的时序,通信是事件驱动的。
在现代汽车中,CAN FD用于连接和通信多个子系统,如发动机控制单元(ECU)、传感器、仪表盘、娱乐系统等。当然,在工业自动化、航天和物联网等领域,CAN FD同样应用广泛。在构建相关应用时,CAN FD收发器的主要作用包括提高通信速度、支持低功耗模式,以及提供强大的通信和数据管理能力,不过此前产品主要来自恩智浦、英飞凌、德州仪器和博世等厂商。
比如,恩智浦的TJA1051T/3/1J、TJA1043等,便是被大量国产芯片兼容的对象。作为恩智浦第三代高速CAN收发器,相比第一代和第二代设备,TJA1051T/3/1J性能显著提升,在CAN FD快速相位中,时序保证数据速率高达5Mbps,并改进了电磁兼容性(EMC)和静电放电(ESD)性能,适用于汽车电子、工业控制等领域。
芯力特SIT1043Q CAN FD收发器则能够替代TJA1043,这款芯片总线端口耐压可达-58V至+58V,接收器共模输入电压达到-30V至+30V,适用于12V或24V应用系统。SIT1043Q采用多电源供电,拥有多种系统保护和诊断功能以提高器件和CAN的稳定性。在汽车控制模块、汽车网关、高级辅助驾驶系统ADAS、信息和娱乐等产品领域,SIT1043Q可以pin to pin替代TJA1043。
国产CAN FD收发器持续创新
当然,国产厂商也在寻求创新突破,目前包括芯力特、茂睿芯、川土微、思瑞浦、纳芯微等公司都有一些自主创新的CAN FD收发器产品,尤其是工业级CAN FD收发器。比如,川土微CA-IS2062A是一款隔离式CAN FD收发器,内部集成DC-DC转换器,省去了外部隔离电源,有效节省系统空间和简化设计。这款收发器能够承受高达2.5kVRMS(1分钟)的隔离电压以及±150kV/μs的典型共模瞬态抗扰度大幅提升了器件的可靠性。在基础性能方面,CA-IS2062A支持高达5Mbps的传输速率(CAN FD),并在总线端口(CANH/CANL)提供限流保护、热关断保护以及高达±42V的故障电压保护,可用于工业控制、楼宇自动化、光储充系统、医疗设备、电信设备等领域。
纳芯微NCA1042也是一款性能出色的工业级CAN FD收发器,可提供控制器局域网(CAN)协议控制器和物理两线CAN总线之间的接口。NCA1042实现ISO 11898-2:2016和SAE J2284-1至SAE J2284-5中定义的CAN物理层,可在CAN FD快速阶段以高达5 Mbit/s的数据传输速率进行可靠通信。
茂睿芯MCAN1042也是一个很好的例子,这是一款车规级±70V耐压CAN FD收发器,5V电源供电,兼容3.3V/5V微处理器,支持12V和24V车载系统,该系列所有器件支持经典CAN和5Mbps CAN FD,相关器件符合ISO11898-2:2016和ISO11898-5:2007物理层标准。MCAN1462则是茂睿芯第二代车规级CAN FD收发器,经过了AEC-Q100认证,也是国内首款支持10Mbps通信速率、具有信号改善能力(SIC)的CAN FD收发器,实现了CiA 601-4中定义的CAN SIC功能。MCAN1042支持5V电源供电,兼容3.3V/5V微处理器,支持12V和24V车载系统。
另外,根据思瑞浦2023年财报,该公司是国内首家推出支持特定帧唤醒的汽车级CAN收发器,成功上车应用在包括车身电子、动力系统、车载信息娱乐和 ADAS 等汽车系统中。
通过这些产品不难看出,国产CAN FD收发器也在积极寻求产品创新,以提供差异化的竞争优势,在工业级和车规级都有一些亮眼的产品。
结语
虽然看上去部分国产CAN FD芯片的性能已经超过了国际厂商的产品,那么我们是否处于行业领先了呢?其实并不是,目前英飞凌、恩智浦、意法半导体、瑞萨等半导体厂商都已经开始布局CAN XL协议相关产品,大多都已经给客户送样,在速率和效率方面有了更大的提升,也进一步拉近了CAN和以太网之间的性能差距。2024年3月22日,ISO 11898-2:2024版本发布,标志着新一代CAN总线的时代即将到来,2048个数据字节的CANXL蓄势待发,因而国产芯片在CAN的发展上依然还是追赶者的位置。
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