创新芯片设计与高性能电子元件 助力车载CAN提高通信速率

电子发烧友网报道（文/李宁远）作为由BOSCH开发的国际化标准组织定义的串行通讯总线，CAN总线容错能力强，同时又不同于传统的网络，节点与节点之间不传输大数据块而是采用短数据包模式使得系统获得了更好的稳定性。
 
在复杂的通信场景中，每个外围系统元件都需要通过可靠的通信总线与主控制单元和其他外围设备通信，CAN无疑是其中公认的极其可靠且性价比很高的通信方案。
 
汽车通信——车载CAN
 
说到复杂的通信场景，车内通信无疑是其中之一。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复杂化。以往很多系统往往都是本地而且独立的，信息并不互通，而现在联动是最基础的需求。
 
尤其是在ADAS功能引入以后，车内数据量大增，通信对于安全性和实时性也更严苛。此外车内ECU的增加以及智能汽车对更高级功能安全的需求，车载CAN通信能成为主流总线可见其独到之处。
 
车载CAN系统将多个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现在有CAN和CAN FD，CAN的通信速度最高在1Mbps，CAN FD最高可以达到8Mbps。这些升级可能仍然满足不了上限日益提升的车内通信，那么现在还有速率更高的CAN XL，在10Mbps以上。
 
BMS系统、ECU、仪表控制盘、车身控制、智能驾驶、车载诊断仪、保护装置等诸多车内系统都是其代表应用。
 
而这出众的通信能力，建立在核心的CAN接口芯片上。CAN接口芯片内部通常包含物理层电路，负责与CAN总线的物理连接和信号传输。它能将总线控制输出的数字信号转换为适合在CAN总线上传输的模拟信号，或者将CAN总线上的模拟信号转换为总线控制能够识别的数字信号。
 
CAN接口芯片设计门槛较高，此前国外厂商占据绝大部分市场份额。然而近年来本土厂商的技术进步让国产CAN接口芯片有了越来越多的用武之地。如川土微、纳芯微、芯力特、3PEAK、茂睿芯、北京君正等等厂商都能提供一系列支持CAN、CAN FD的接口芯片，性能优异的同时产品也极具特色。
 
比如芯力特第三代CAN FD车载收发器接口芯片的休眠/待机模式下特定帧唤醒，有助于使ECU长时间保持在低功耗运行状态，从而降低汽车的总功耗；纳芯微基于自研创新型振铃抑制专利的车规级CAN SIC（信号改善功能，Signal Improvement Capability），可实现大于8Mbps的传输速率，并凭借振铃抑制功能进一步提升了信号质量。
 
CAN到CAN FD中的电子元件转变
 
从CAN到CAN FD，传输能力得到了提升，相应的更多干扰传输质量的问题开始浮现出来。第一个就是高速会引起谐振现象，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。
 
CAN FD可以支持更高的速率，但是往往在使用中速率也会被限制到2Mbps，这就是因为高速率下谐振现象会明显变严重，严重干扰信号。
 
纳芯微的振铃抑制就是一种对EMI进行的优化设计，可以在无共模电感的情况下依然达到良好的整体抗干扰性能。
 
要解决干扰，除了这种接口芯片设计上的改变，还能够从共模滤波器上做提升，具体来说就是尽可能减少漏感和寄生电容。这就要求在电子元器件的选用上匹配更好的特性。共模滤波器如何改进绕组结构设计，将泄漏电感、寄生电容、模式转换特性最小化是应用在CAN FD上的关键。
 
小结
 
在车内通信环境中，更大数据量的高速通信无疑是未来车内系统需要的，CAN系统的通信速度也在进一步提高。在速率提高的同时，各种干扰传输质量的难题也在涌现，如何解决这些困扰需要创新的芯片设计与高性能的电子元件相结合。