豪威SBC集成振铃改善功能：轻松应对大型复杂CAN拓扑网络

全球排名前列的先进数字成像、模拟、触屏和显示技术等半导体解决方案开发商，推出集成高速CAN收发器和车规级CAN SIC（信号改善功能：Signal Improvement Capability）的全新车载mini SBC OKX0210，在满足ISO 11898-2:2016, SAE J2284-1到SAE J2284-5标准的前提下，符合CiA 601-4标准，在多节点、复杂拓扑情况下能够有效减少总线中的信号反射，降低振铃现象发生的概率，同时维持≥5Mbps的通信传输速率，提供更高可靠性的CAN通信。

随着高速CAN总线技术在汽车上的应用，汽车电子 控制系统进入智能化高级 发展阶段。人们对汽车的需求不再局限于代步工具，而是追求着性能、舒适、智能科技。然而，这些多功能的实现 导致了车内ECU （Electronic Control Unit） 数量越来越多、各模块之间通讯的网络拓扑结构越来越复杂。 在这种情况下 ，尽管CAN收发器最大支持5Mbps的CAN-FD报文，但为了保证通信的稳定性和可靠性，连接各个功能ECU的 常规CAN - FD收发器 实际使用速率往往被限制在2Mbps以下，无法发挥本身的真正实力。为了突破速率限制，信号改善功能的引入 使 得 CAN-FD收发器能够以5Mbps及更高的速度用于复杂的星 型 网络，而无需进行大规模的重新设计。

常规CAN FD收发器局限性

当通信网络变得复杂时，例如CAN节点为星型拓扑连接，由于星型拓扑引起阻抗不连续，当信号在传播中遇到阻抗不连续时就会产生反射波，反射信号叠加在原信号上将会改变原信号的形状，造成信号的缺失或失真，影响通讯质量甚至无法正常通讯。

图1 RXD位信号撕裂

信号改善功能SIC

为了在复杂总线拓扑中抑制振铃现象，完全发挥CAN FD更快速率、更大有效负荷的优势，信号改善功能（SIC）应运而生。

CAN 总线在正常运行期间有两种逻辑状态：隐性和显性，如图2所示。当以差分方式驱动总线时，总线为显性状态，对应于 TXD 和 RXD 引脚上的逻辑低电平。当总线通过接收器内部的高阻值输入电阻器 (RIN) 偏置为 VCC/2 时，总线为隐性状态，对应于 TXD 和 RXD 引脚上的逻辑高电平。CAN总线上的隐性到显性信号边沿通常不易产生振铃，因为CAN收发器驱动能力强，同时CAN收发器在显性阶段的发送器输出阻抗约为50Ω，与CAN网络特征阻抗紧密匹配。当总线信号由显性变为隐性电平时，在没有振铃抑制的CAN驱动器差分输出阻抗突然变为约60kΩ，当反射回来的信号遇到阻抗不匹配，在显性到隐性的边沿就会产生振荡信号，从而产生总线信号振铃。信号改善技术通过检测TXD显性到隐形的边沿，进行动态自动负载调节，实现与目标阻抗匹配，达到信号振铃抑制效果，实现RXD位信号完整。

图2 CAN总线电压电平

CiA601-4标准

CiA601-4标准是一种CAN总线的标准，主要针对具有SIC功能的CAN收发器，这个标准要求CAN收发器具有更严格的位时间对称性和环路延迟规格。相较于ISO11898-2:2016协议，CiA601-4标准对时序容忍要求更高，即在更高的通信速率下，能够容忍更小的时间误差。表1是OKX0210 CAN时序参数。

图3 CAN SIC收发器时序图


表1 OKX0210 CAN时序参数

豪威集成SIC振铃抑制效果应用实测

为了展示豪威OKX0210 CAN SIC的振铃抑制效果，OKX0210与国外某无振铃抑制芯片在相同环境下实验对比波形。实验分别为5节点星型拓扑测试(如图4：各节点通过5m双绞线连接至中心点，中心点端接60Ω)和振铃网络测试（如图7）。从测试波形效果看，OKX0210的RXD信号完整，振铃抑制效果好。而无振铃抑制效果的某芯片，RXD位信号撕裂不完整。

图4 5节点星型拓扑实验平台


图5 某无振铃抑制芯片波形


图6  OKX0210波形


图7 振铃网络实验平台


图8 某无振铃抑制芯片波形


图9 OKX0210波形

此外，OKX0210能够搭配市面主流的微控制器，应用于车身电子，例如方向盘控制器，雨刷控制，车灯控制器以及座椅等应用。目前，这款系统基础芯片已接受送样，预计将于2024年Q3实现量产，推荐大家选型使用。