CAN SIC трансиверы повышают скорость передачи данных в автомобильных сетях

Количество устройств и функций, объединённых в сеть, в современном автомобиле неуклонно нарастает. Для удовлетворения растущих требований традиционные 8-ми битные сети CAN CC (Classic CAN), поддерживающие скорость передачи данных до 1 Мбит/с, постепенно замещаются более продвинутыми сетями 64-битными CAN FD (Flexible Data Rate).

CAN FD позволяет передавать данные с более высокой скоростью — свыше 1 Мбит/с. Такой прогресс достигается за счёт использования двух различных скоростей передачи данных: одна для фазы арбитража, другая — для фазы передачи данных. Скорость в фазе арбитража совпадает с классическим CAN (1 Мбит/с) для обеспечения надёжного выбора ведущего узла.

В фазе передачи данных скорость может быть существенно увеличена, поскольку передаёт информацию только узел, выигравший арбитраж. Однако повышение скорости передачи сопровождается усилением явления так называемых колебаний сигнала (ringing), вызванных отражением сигнала в линии передачи. Здесь на помощь приходят трансиверы с технологией CAN SIC (Signal Improvement Capability). Они активно подавляют колебания сигнала и обеспечивают более жёсткие временные параметры, что позволяет добиться передачи данных на скоростях до 8 Мбит/с в зависимости от физической топологии сети. Следует отметить, что в фазе арбитража скорость CAN SIC трансиверов ограничена примерно 667 кбит/с, что возможно преодолеть при использовании ограниченного набора идентификаторов CAN.

Преимущества применения CAN SIC трансиверов для производителей оригинального оборудования (OEM) очевидны: они получают больше свободы при проектировании сети и размещении электронных блоков управления (ECU) внутри автомобиля. Это позволяет сокращать длину кабелей, уменьшать вес системы и снижать количество соединителей, что существенно упрощает сборку и снижает стоимость конечного продукта. Таким образом, CAN FD с поддержкой CAN SIC трансиверов открывает новые возможности для расширения функционала при сохранении относительно низкой стоимости.

Технические детали

Технология CAN SIC была изначально описана в документе CiA 601-4, подготовленном членами организации CAN in Automation (CiA). Сейчас она стандартизирована на международном уровне в стандарте ISO 11898-2:2024. Технически оба документа эквивалентны, однако стандарт ISO обладает улучшённой терминологией. В настоящее время разрабатывается новое издание стандарта для устранения некоторых неоднозначных формулировок, а также планируется выпуск плана тестирования на соответствие (ISO 16845-2). Немецкая компания C&S предлагает специализированный инструмент Invio для моделирования и тестирования CAN SIC трансиверов, а также соответствующую плату оценки.

В классических CAN CC/FD сетях передаются два типа битов — доминантные и рецессивные. Доминантные биты передаются с внутренним сопротивлением источника около 50 Ом, а рецессивные — с высоким сопротивлением порядка 60 кОм. Сигнальный уровень и скорость изменения (склон) зависят от терминаторов сети и ёмкости линии. Резкое изменение сопротивления при переходе от доминантного к рецессивному состоянию приводит к сильным отражениям сигнала, особенно на больших и незаконченных ответвлениях сети. В некоторых случаях время стабилизации сигнала превышает длительность бита при высоких скоростях CAN FD, что вызывает ошибки при приёме данных.

Решение этой проблемы реализовано в трансиверах CAN SIC. При переходе от доминантного к рецессивному биту трансивер временно поддерживает сопротивление источника около 100 Ом, не переходя сразу в высокоимпедансный режим (60 кОм). Этот промежуток называется "время активного рецессивного состояния". Такая задержка снижает уровень отражений и обеспечивает устойчивость сигнала до момента выборки.

Существуют две архитектуры CAN SIC трансиверов: одна подавляет колебания при передаче сигнала, другая — фильтрует их при приёме. Стандарт ISO 11898-2:2024 предъявляет дополнительные требования к реализации высокоскоростного физического уровня (HS-PMA), который должен уменьшать дифференциальные и синфазные колебания на проводах CAN_H и CAN_L, особенно при переходе с доминантного на рецессивный уровень. Трансиверы с дополнительными функциями улучшения сигнала поддерживают стабильную работу сети даже при наличии определённых незаконченных ответвлений без необходимости перенастройки параметров, включая скорость передачи. Кроме того, стандарт описывает тесты на электромагнитную совместимость (EMC) для таких трансиверов.

Доступность трансиверов

Переход от стандарта CiA 601-4 к ISO 11898-2:2024 и улучшения в стандарте не повлияли на наличие продуктов на рынке. Например, Infineon выпускает отдельные CAN SIC трансиверы TLE9371SJ и TLE9371VSJ, поддерживающие скорости до 8 Мбит/с. Они поставляются в корпусах DSO-8 и имеют функцию пробуждения сети, а также полностью совместимы с выводами классических CAN FD трансиверов. NXP предлагает семейство трансиверов TJA146x, уже широко используемое у OEM-производителей.

Модель TJA1463, например, поддерживает режим сна и обеспечивает битрейт до 8 Мбит/с. Эти устройства успешно проходят тесты на соответствие CAN SIC, включая IOPT от C&S и EMC тесты от IBEE Цвикау, а также сохраняют обратную совместимость с CAN FD.

Трансивер NCA1462-Q1 от Novosense также соответствует ISO 11898-2:2024 и поддерживает скорости до 8 Мбит/с даже при использовании звездообразных топологий. Компания обладает патентом на схему реализации SIC с оптимизацией по электромагнитной совместимости, подтверждённой тестами согласно IEC 62228-3. Texas Instruments производит трансиверы семейства TCAN146x — TCAN1462, TCAN1463, а также TCAN1466 с двумя каналами CAN SIC — поддерживающие скорости до 8 Мбит/с и оснащённые интерфейсом SPI для настройки. Новые модели TCAN1465, TCAN1469, TCAN1472 и TCAN1473 отличаются миниатюрным размером корпуса SOT, что позволяет использовать их в компактных автомобильных системах.

Заключение

Применение CAN SIC трансиверов позволяет увеличить скорость передачи данных в фазе передачи до 8 Мбит/с в зависимости от физической структуры сети. Это предоставляет OEM-производителям автомобилей больше гибкости при проектировании распределённых сетей и размещении электронных блоков управления, что ведёт к сокращению длины кабелей, уменьшению веса и числа соединителей. Благодаря этим преимуществам, технологии CAN FD с поддержкой CAN SIC ожидают широкого внедрения в различных автомобилях при относительно низкой стоимости. Современные CAN SIC трансиверы доступны у нескольких ведущих производителей полупроводников и уже успешно применяются в автомобильной индустрии.