技术小课堂 | CAN SIC收发器助力复杂CAN网络高效可靠通信（1）

时间： 2024-08-29 来源：思瑞浦3PEAK公众号

代理服务

技术支持

现货查询

批量订货

现在的汽车通过丰富多项功能来提升其安全性、性能和舒适性。从动力总成到高级驾驶辅助系统，从车身电子控制和照明到信息娱乐和安全，大量电子控制单元（ECU）被部署到车辆上用于丰富这些功能。

ECU通过车内网络总线交换控制和数据日志信息。在众多车载总线中，CAN总线因其易用性、良好的共模噪声抑制能力、基于优先级的消息传递机制、可处理总线仲裁以及错误检测和恢复等特性，一直备受追捧。

CAN总线在车载通信网络的应用优势

简单且低成本

ECU通过单个CAN系统进行通信，而不是直接的复杂模拟信号线通信，从而减少了错误、重量、接线和成本；

完全集中控制

CAN总线提供了“一个进入点”，可以与所有网络ECU进行通信——支持集中诊断、数据记录和配置；

高抗扰

CAN总线具有强大的抗电干扰和抗电磁干扰能力，非常适合对安全行能要求严格的应用场景；

实时高效

通过ID对CAN帧进行优先级排序，以便优先级最高的数据可以立即访问总线，而不会引起其他帧的中断。

通过向现有CAN总线添加节点，可以轻松地扩展车辆网络，这也是一个主要优势。随着附加功能被集成到这些应用中，对更复杂网络和更快速数据速率的需求日益正在增加。然而，当网络变得复杂时，如CAN节点采用星形拓扑连接时，这种优势就会减弱。这些网络中固有的未端接存根引起了反射，在速度较高时会导致发生信号通信故障。这两种需求都与总线上信号振铃的增加效应相冲突，这突出说明了CAN介质访问传统技术的能力有限。因此，尽管CAN灵活数据速率（FD）收发器额定值为5Mbps，但在实际车辆网络中必须以低于2Mbps的速率使用。CAN信号增强能力（SIC）的引入可能改变这种状况，信号改善功能（SIC）使CAN-FD收发器能够以5Mbps及更高的速度用于复杂的星形网络，而无需进行大规模的重新设计。

经典CAN和CAN-FD的局限性

第一代CAN协议ISO 11898-2（又称经典 CAN）于1993年左右发布。该协议只允许进行8字节的有效载荷数据传输，最大指定数据速率为1Mbps。经典CAN网络性价比高、稳定可靠、具有可扩展和易于部署等优点，能够支持整车的复杂拓扑。但是，汽车的新功能不断增加，数据交换需求提高，CAN网络系统必须突破自身的限制。与经典CAN相比，CAN FD技术可提供更高的带宽，它将有效载荷长度增加到64字节，同时将数据阶段的传输速率从1Mbps提升至5Mbps。

虽然CAN FD网络具有诸多优点，但由于信号反射产生的“信号振铃”问题，使得信号完整性受限，在很多网络中只能达到2Mbps的传输速率，而且仅限于使用高度线性的拓扑。这意味着线束必须避免长线缆分支，从而使得汽车上的走线变得更加复杂，进而导致了汽车成本的上升和重量的增加。

当前汽车工业快速发展，面对汽车上急剧增加的节点数量，设计人员意识到CAN FD收发器无法满足当前多节点复杂组网的情况，因为复杂星形网络导致的总线振铃影响了正确的信号通信，图1是星形拓扑示例。

图1、在星形网络中连接的CAN节点

在具有多个节点的复杂星形拓扑中，CAN芯片总线信号在翻转时阻抗会发生显著变化，导致总线上传输的信号出现阻抗不匹配，进而引起信号反射。这些反射的信号叠加会导致CAN总线振荡，使得接收端出现误翻转，从而导致出现错误帧。尽管这些这种信号振铃的情况并不仅仅在CAN FD速率下存在，但是当以标准CAN低速率运行时，位持续时间长，采样点相对靠后，因此可以采到正确的位（如图2所示），从而可以正常通信。

图2、高速CAN速度下的CAN总线振铃和RXD干扰

对于5Mbps CAN FD 200ns的位持续时间过短，以致复杂星形拓扑中的振铃无法通过调整采样点去规避，从而没法保证可靠的数据通信。这就使系统设计人员无法在这种复杂组网条件下使用CAN FD进行通信，只能降速处理。随着现代车辆对更多的节点数据交换和更快的吞吐量需求，CAN SIC为下一代车载通信总线技术铺平了道路，该技术保证更快的通信速率并提供了更大的网络灵活性和可扩展性。

CAN FD SIC在国际标准ISO11898-2:2024中的定义

信号改善是CAN FD收发器的基础上增加的一项额外功能，它通过最大限度地减少信号振铃来提高复杂星形拓扑中可实现的更大数据速率。CAN SIC收发器需要满足国际标准化组织 (ISO) 11898-2:2024高速CAN物理层标准和CAN-in-Automation (CiA) 601-4信号改善规格的要求。

下图是常规CAN FD收发器，在总线产生振铃时，其总线差模信号会反复在显性电平和隐性电平阈值之间振荡，导致RXD产生误翻转，从而使接收数据受到干扰。根据ISO 11898-2:2024规范要求，具有SIC功能的CAN收发器可有效抑制总线信号振铃，从而产生正确的RXD信号，如下图所示。

（左）无SIC功能的CAN总线和RXD波形

（右）有SIC功能的CAN总线和RXD波形

今年3月份ISO更新了最新的ISO 11898-2:2024标准，增加了对CAN SIC部分的参数要求，就电气参数而言，符合ISO 11898-2:2024的CAN SIC收发器与常规CAN FD收发器相比，前者具有更严格的位时间对称性和环路延时要求，如表1所示。发送和接收路径延时的分离可以帮助系统设计人员清楚地计算存在其他信号链组件时的网络传播延时。

表1、 ISO 11898-2:2016和ISO 11898-2:2024 SIC和时间参数定义对比

目前思瑞浦最新推出的TPT1462xQ已通过德国IHR实验室提供的符合ISO 11898-2:2024的CAN收发器一致性(IOPT)报告，成为国内首款支持并通过ISO 11898-2:2024认证的CAN SIC收发器。通过该测试意味着TPT1462xQ已经完全符合最新的国际标准ISO 11898-2:2024，并可以在复杂组网的各种条件下与其他符合国际标准并通过认证的产品稳定通信。