了解CAN收发器及如何验证多节点CAN系统的性能

在旧版CAN2.0系统中,有时位速率会较标准CAN2.0推荐的1 Mbps有所增加,以加快数据传输。在CAN-FD系统中,仲裁位速率被限制为1 Mbps的数据速率,而数据位速率可高达10 Mbps。在包括11位标识符和SOF位的仲裁阶段,每个传输的位都被读回以进行同步。

CAN节点在CAN总线边缘上同步,但总线上的信号传输时间会在节点之间引入相位差。CAN的非破坏性仲裁机制要求任意两个节点之间的相位差小于半个比特时间。该标准比特时间的下限定义了标称位速率以及总线长度的上限。因此,RXD的上升时间和下降时间、CAN收发器的环路延迟以及电缆都需要考虑在内。在更高的位速率下(例如10 Mbps),传输延迟和上升时间/下降时间需要小于50 ns。

因此,CAN-FD中的仲裁位速率被限制为1 Mbps,允许更高的余量用于同步多个可能的节点。然而,CAN-FD是一个新协议,尚未应用于所有CAN系统。在某些情况下,CAN-FD控制器不可用或者被认为是代价高昂的附加组件,因此客户继续使用标准CAN控制器。在这些系统中,由于涉及关键传感器信息且节点之间的线缆长度可能更短,CAN节点需要以更高的位速率(>2 Mbps)进行通信。在这种情况下,收发器的上升时间/下降时间对称性和传输延迟可能会对允许的数据通信上限造成限制。

CAN收发器需要系统级测试

以CAN收发器MAX33012E为例,该收发器已经过20米线缆测试,速率最高可达13.3 Mbps。可以看到,在图5中,TXD2位宽为75 ns(对应于13.3 Mbps),RXD2位宽为72 ns。当控制器以80%的TXD位宽进行采样时,包括所需RXD的上升时间/下降时间和环路延迟在内的最小RXD位宽为60 ns。在图5中,可以看到接收到的位宽为72 ns。因此,MAX33012E满足条件,并且足够稳健,能够在更高的位速率下工作。在这种情况下,CAN控制器不会检测到任何错误,并且会继续执行数据通信。

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图5. MAX33012E CAN数据传输。

图6所示为同样在13.3 Mbps速度下进行测试的竞品的范围。对于该部分,传输位宽为75 ns(对应于13.3 Mbps),并且接收位宽小于传输位宽(48 ns)的80%。因此,仲裁阶段位传输失败,导致通信错误,最终系统停止工作。

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图6. 竞品的CAN数据传输。

这些类型的数据传输错误只能通过执行完整的系统级测试来发现,其中包括多个CAN控制器、CAN收发器和一根长线缆。

结论

对CAN收发器进行系统级测试有助于揭示系统中未来可能出现的数据传输问题。可使用满足所需时序和电压规格的CAN控制器和线缆来评估CAN收发器,从而避免这些问题。CAN系统的稳健性取决于CAN系统中每个组件性能的累积结果。仅评估一个组件或CAN收发器并不能准确测量系统功能。对系统进行预先验证比等到发生故障后才更换系统更加经济高效。因此,我们强烈建议在选择CAN控制器之前进行系统级测试。

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发布日期:2023年06月12日  所属分类:技术文库