车载CAN向CAN FD升级，解决车内数据量高增长传输需求

电子发烧友网报道（文/李宁远）汽车内的各种通信总线技术，构建起了汽车数字化网络。CAN、LIN和FlexRay等各种总线各司其职，在这些特色各异的总线里，CAN总线以可靠、适应性强，综合能力优秀而闻名，在汽车电子控制系统中应用广泛。
 
驾驶辅助催生车载通信协议新需求
 
CAN是B类总线中最为著名的，由BOSCH公司开发，将汽车内部各电控单元之间连接成一个局域网络，实现了信息的共享，大大优化了整车的布线。
 
随着汽车架构的不断演变，汽车内各种电子系统进行通信的机制也在不断变化。尤其是在ADAS功能引入以后，各种自动驾驶辅助功能产生的数据对汽车的通信协议技术提出了不少新需求。
 
ADAS需要数据的互通来实现驾驶辅助，传感器、车灯、显示屏、摄像头等等设备需要自适应地做出调整适应当前环境。以往这些系统往往都是本地而且独立的，信息并不互通，数据间也没有那么多交汇，不可能实现这样的联动。
 
ADAS功能引入后，车内数据量大增，对通信的安全性和实时性也要求更高。这些新需求让ADAS架构下的数据流通更依赖于更先进的汽车总线通信技术，这些技术可以更快、更远地传输数据，从而提高车辆的安全性和自主性。
 
随着ECU的增加以及智能汽车对更高级安全功能的需求，车载CAN通信作为主流总线也在不断发展。CAN系统会允许将多个ECU连接到一条通信线路并彼此交换数据，根据协议和通信速度的不同分为CAN和CAN FD，CAN的通信速度最高在1Mbps，CAN FD最高可以达到8Mbps。这些升级可能仍然还不够，还不能跟上汽车架构升级的角度，那么现在还有速率更高的CAN XL，在10Mbps以上。
 
从CAN到CAN FD
 
CAN向CAN FD协议的升级，升级了协议没有改变物理层，但二者差别还是很明显的，虽然两种系统均使用屏蔽双绞线通信，均为差动电压。但是CAN的数据长度只能在1至8Byte变化，CAN FD的数据长度直接拓展到64Byte。
 
此外，CAN FD取消了远程帧，只留下了11bit的标准帧和29bit的拓展帧，远程请求替换RRS始终是显性。
 
此前的CAN在性能上已经很难应付Flexray、Ethernet等总线的威胁，向CAN FD升级后，更好地满足要求高实时性高数据传输速率的应用，同时相比Flexray、Ethernet 等新兴总线成本更低。
 
当然随着CAN向CAN FD协议的升级，一些问题开始浮现出来。第一个问题是高速化会引起谐振现象，导致了错误判断的可能性增加；第二个问题是电磁辐射频段向高频转移，使得EMC应对变得更困难。
 
越高的数据速率下，谐振现象越严重。引起谐振现象的原因主要有两点，一是CAN线束分支点引起的反射（拓扑设计）、一是从ECU到线束在内的漏感和寄生电容。想要解决向CAN FD升级后的困扰，要么从设计上重新考虑拓扑，要么从共模滤波器上尽可能减少漏感和寄生电容。
 
目前在共模滤波上通过包含绕组工艺的独有结构设计，可以使泄漏电感、寄生电容、模式转换特性最小化，优化CAN FD的应用。此外这种共模滤波器最好能覆盖很广的温度范围，一般会采用金属端子以及激光焊接的继线方式来提高器件的可靠性。
 
小结
 
在汽车各种控制系统的电子设备中，为了实现更大数据量的高速通信，CAN通信系统的通信能力仍然在进一步提高。在车载通信架构加快变革的互联时代，高性能的总线技术才能给予车载系统高通信速度下足够的可靠性。