CAN总线收发器一致性测试方案

◎CAN总线收发器验证

21世纪电动车全面启动是汽车工业的大革命，自动驾驶技术让通行更便利也改变人类的驾驶习惯。在控制单元高度电子化的整车架构下，CAN总线为关键通讯接口之一。如何确保CAN总线收发器在整车环境能与不同功能的收发器有极高的互操作性，可透过三种方式来进行评估。

如图一所示为三种用来验证CAN总线收发器在相对环境下性能与互操作性表现的方式，有收发器(Transceiver) 单体电性、单节点 (Node) 电磁兼容性能评估与多节点 (Multi-Nodes) 互操作性评估。在收发器单体方面，用来验证是否达到国际标准化组织 (ISO) 和国际汽车工程协会 (SAE International ) 相关标准要求的电性。单节点则用SAE International标准用来评估相对环境架设下的电磁干扰与忍受度，而多节点的方式则用来评估不同功能收发器在指定通讯速率的互操作性能。除了自我评估的方式外，也可透过国际主流车厂或T1供应商认可的第三方实验室进行验证评估后取得相关报告。
 

图一. CAN收发器验证方式

◎ 一致性测试计画 (Conformance Test Plan)

最新版本的CAN总线高速物理层标准为ISO 11898-2:2016[1]，定义使用串列通讯协议支援分布式即时控制和多工应用于道路用车。除了规范其电气特性行为外，并要求需参考ISO 16845-2:2018[2]标准来进行一致性测试计画 (Conformance Test plan)。一致性测试计画定义出检测的类型与架设方式，其一致性测试是用于检测收发器元件是否符合相关标准以确保产品质量的测试过程，内容包含静态 (Static tests) 与动态测试 (Dynamic tests)。在CAN网络中，每个电子控制单元 (ECU)的质量不一致即可能会导致错误、网络故障或网络瘫痪等问题。因此，为了保证CAN总线网络的正常安全运行，必须对其元件进行一致性测试。               
 

静态测试是在参考环境中使用预定义的设置进行，以确保测试结果有高度可重复性和可比性。测试时将检查 CAN 总线收发器规格书的相关参数，及电性参数定义的最大最小值是否符合标准要求，预期检测结果须符合ISO11898-2:2016的电性与极限值范围。下图二为利用预定义的架设要求来进行测试并描述待测物的输入控制讯号与输出讯号关系，其周围元件只放置电阻、电容，但不放置静电防护元件[1]。 (RL = 60Ω±0.6Ω, C1 = 4.7nF±0.235nF & C2 = 100pF±1pF)
 

图二. Default setup for test

动态测试提高在系统内高速 CAN 收发器与不同功能收发器的相互协作可能性，并提高这方面的置信度。动态测试中包含的类型如下图三，架设环境中使用的CAN总线协议封包格式将采用三种不同速度于资料段，有500kbit/s、2Mbit/s和5Mbit/s，仲裁段则是维持在500kbit/s。例如，AZKN1044T[3]支援可变动高速资料传输达5Mbit/s，在其实验组合中于资料段验证只需实验2Mbit/s和5Mbit/s，因仲裁段即已采用500kbit/s速率实现。实际测试项目则是依据CAN收发器本身支援的相关功能，例如，收发器本身可提供的唤醒机制来加入做搭配实验。         

此实验评估将采用两种网络搭配来进行测试，有同性质网络 (Homogeneous Network) 和异性质网络 (Heterogeneous Network)。同性质网络测试有包含8个节点搭配资料速度达5Mbit/s的网路拓朴与16个节点搭配资料速度2Mbit/s的网路拓朴。异性质网络测试则是混合不同CAN总线收发器品牌，并在不同资料传输速度下的网路拓朴实验。在异性质网络的实验可以判断，当与不同收发器厂家搭配且某部分电性极限值差异的环境下，是否会有不同的测试结果。
 

图三. Default test applicability due to device implementation [2]

 

此外，其实验过程中引入7个主要测试流程，根据正常工作模式、低功耗模式、有故障和无故障的所有可能组合。此外还加入失效现象搭配实验，例如：CANH或CANL讯号断路、CANH与CANL间相互短路、CANH或CANL短路到参考地、CANH或CANL短路到电池的电源及CANH和CANL讯号同时断开的现象。透过几种在实际汽车环境较常见的失效行为，来模拟当失效事件产生并回复到正常情况时候，是否CAN收发器仍无损坏且能在定义的行为下继续通讯。图四是模拟当总线上的所有ECU在正常模式时，在第三步骤模拟几种失效现象后，并排除失效现象回复正常至少1.5秒以上。在第五步骤则是进入省电模式后，再透过总线机制唤醒节点。其过程中在２、４和６步骤结束后，所有的节点都必须能执行传送和接收的指定行为。
 

图四. Test Flow 2 - Op. mode variation after recovery at normal mode, failure application in normal mode [2]

CAN总线收发器通过完整的静态与动态测试计画，表示相对提高系统中当有不同收发器间互操作性的置信度。可缩短系统开发工程师评估时间，并取得车厂较高度评价。

◎ Conclusion

AZKN1044T[3]是车规等级的CAN 总线收发器符合ISO11898-2:2016标准，并支援最高可变资料速度达5Mbps与本地及远端总线唤醒机制。另外，在收发器总线端口也提供误触电压70V保护，内部更有针对ISO10605和ISO7637系列的突波能量抑制能力。也已经取得德国实验室C&S (Communication & systems group)验证报告可提供给客户，参考图五。我们更坚信透过扎实的产品验证机制与第三方实验室的配合将为您的产品加分，制造双赢。
 

图五. AZKN1044T Conformance Test Report

 

　　审核编辑：汤梓红