SIC的作用机理
在CAN总线上,通过CAN_H和CAN_L两根线上的电位差来表示CAN信号。CAN总线上的电位差分为两种:显性电平(Dominant Voltage)和隐性电平(Recessive Voltage),其中显性电平为逻辑0,隐性电平为逻辑1,如下图所示。
CAN总线电压电平
当TXD输出逻辑0时,总线输出的差分电压VDIFF为显性状态,当TXD输出逻辑高电平时总线通过接收器内部的高阻值输入电阻器 (RIN)偏置为VCC/2,为隐性状态,在仲裁期间,显性状态会覆盖隐性状态。CAN收发器在显性阶段的差分发送器输出阻抗约为50Ω,与总线特征阻抗紧密匹配,通常不会引起信号反射。对于常规CAN FD收发器,当驱动器输出显性电平切换到隐性电平时,差分输出阻抗会由50Ω变为约60kΩ,此时,反射回来的信号遇到端口的阻抗不匹配,并且这些反复的反射叠加在输出端口,从而导致了信号振铃的产生。
CAN总线振铃波形
对于具有SIC功能的CAN芯片而言,当发送器检测到TXD上出现从显性到隐性的边沿时,内部驱动器会激活振铃抑制(SIC)电路。CAN驱动器继续强力驱动总线至隐形电平,直至tpass_rec_start,以便减少反射,确保采样点处的隐性位很干净。在这一主动隐性阶段,发送器输出阻抗较低(约为100Ω)。反射的信号没有遇到显著的阻抗不匹配,并且驱动电阻可有效吸收反射信号,因此振铃会大大减弱。在该阶段结束后驱动器进入被动隐性阶段,其输出阻抗上升至约60kΩ。
CAN SIC阻抗时序图
在SIC作用的主动隐性阶段,其持续时间最长可达530ns(tpass_rec_start,如上文所列)。由于CAN FD协议的数据阶段最低位宽为200ns(5Mbps),因此振铃抑制可在整个的隐性位持续时间内保持活动状态,从而保证CAN总线和RXD信号的翻转正常进行。
SIC芯片对于组网的优势
相比常规CAN芯片,CAN SIC可采用更为灵活的组网方式,如下图所示;常规CAN芯片由于信号振铃的限制,为了保证CAN FD的高速率要求,所有节点需采用手拉手的菊花链组网方式,且每个节点的分支线缆不超过0.3m,采用SIC芯片后可灵活调整组网方式和提高总线速率上限,可根据实际应用场景进行布线,有效节省组网线材成本和车身重量。
常规CAN组网方式
在常规组网环境中在若出现某一节点断开时,信号会因为断开节点后留下的分支线导致信号振铃,若是使用常规CAN芯片该振铃无法避免,易导致节点收到错误帧,如果其中一个终端异常断开的话,基本很难保证总线通信了,若是使用CAN SIC芯片可抑制信号振铃,可保证信号在异常场景下正常通信。
CAN SIC组网方式
CAN SIC收发器有更严格的位时间对称性,这使得CAN信号在恶劣的组网环境中能够提供更多裕量。收发器对上升沿和下降沿的斜率要求更快,可保证单bit的有效位宽,因此可以以8Mbps的速率可靠运行。与CAN FD收发器相比,其SIC的环路延时最大仅为190ns,远低于CAN FD收发器的255ns最大环路延时的要求,更有助于延长最大组网长度。
TPT1462
思瑞浦推出基于其自主创新设计振铃抑制电路专利的车规级CAN SIC(信号改善功能,Signal Improvement Capability)TPT1462Q芯片,相比当前主流的CAN FD车载通信方案,TPT1462Q满足最新的ISO 11898-2:2024标准(见下表),同时兼容CiA 601-4标准,可实现≥8Mbps的传输速率。可与常规CAN FD的CAN芯片(TPT1044/TPT1042)兼容和混合组网,还具有待机模式和远程唤醒功能,此外其优异的EMC表现,以及灵活的VIO供电选择(低至1.8V)可有效助力工程师简化系统设计、并打造更高质量的车载通信系统。
表1、TPT1462关于ISO 11898-2:2024标准测试数据
在工况复杂的汽车应用中,环境中恶劣的电磁干扰可通过电缆耦合到芯片的CAN总线,这可能导致CAN芯片传输异常,甚至导致芯片损伤。思瑞浦推出的CAN SIC芯片TPT1462Q具有国际领先的抗干扰能力,为汽车安全通讯奠定坚实的基础;此外TPT1462Q采用思瑞浦自主设计对称性调节模块专利技术,用于调节第一输出驱动级和第二输出驱动级的对称性;借助于该对称性调节模块,确保差分输出级的对称性,优化芯片的EMI性能,依照IEC 62228-3标准进行传导发射的EME测试,表现如下:
无共模电感时TPT1462Q的EME测试图
TPT1462实战效果
总线振铃一般是CAN总线的通信过程中,由于阻抗不匹配导致的信号反射等原因,使得信号在传输线上多次反射,进而产生的一种振荡现象。振铃现象可能会对CAN总线的通信质量产生负面影响,甚至有可能导致通信失败。TPT1462Q采用自研的振铃抑制专利,允许工程师在多节点、复杂拓扑情况下有效减少总线中的信号反射,降低振铃现象发生的概率(如下图)。
常规CAN-FD在星型网络多节点通信波形
CAN SIC芯片在星型网络多节点通信波形
同时由于架构的优化TPT1462Q可维持高达10Mbps的通信传输速率,并且可保证优质的总线对称性,大幅提升车载通信质量,为下一代CAN技术发展奠定基础。
在10Mbps通信速率下的波形
TPT1462产品系列提供带VIO(TPT1462VQ)与不带VIO(TPT1462Q)两个版本,可根据系统需求灵活选择简化系统设计,提供SOP8和DFN8两种封装,可Pin-to-Pin兼容市场主流经典CAN和CAN FD收发器。TPT1462Q已通过AEC-Q100车规认证要求,支持–40°C~125°C的宽工作温度范围,提供过温保护;同时,TPT1462Q还具备TXD显性超时保护,待机模式下支持远程唤醒。此外,该产品的VIO设计可低至1.8V,这一设计不仅提高了产品的灵活性,还可进一步减少系统中对LDO或电平转换器的需求,从而为工程师在成本控制方面提供有力支持。
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