車載CAN向CAN FD升級(jí)，解決車內(nèi)數(shù)據(jù)量高增長傳輸需求

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李寧遠(yuǎn)）汽車內(nèi)的各種通信總線技術(shù)，構(gòu)建起了汽車數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)。CAN、LIN和FlexRay等各種總線各司其職，在這些特色各異的總線里，CAN總線以可靠、適應(yīng)性強(qiáng)，綜合能力優(yōu)秀而聞名，在汽車電子控制系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。

駕駛輔助催生車載通信協(xié)議新需求

CAN是B類總線中最為著名的，由BOSCH公司開發(fā)，將汽車內(nèi)部各電控單元之間連接成一個(gè)局域網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)了信息的共享，大大優(yōu)化了整車的布線。

隨著汽車架構(gòu)的不斷演變，汽車內(nèi)各種電子系統(tǒng)進(jìn)行通信的機(jī)制也在不斷變化。尤其是在ADAS功能引入以后，各種自動(dòng)駕駛輔助功能產(chǎn)生的數(shù)據(jù)對汽車的通信協(xié)議技術(shù)提出了不少新需求。

ADAS需要數(shù)據(jù)的互通來實(shí)現(xiàn)駕駛輔助，傳感器、車燈、顯示屏、攝像頭等等設(shè)備需要自適應(yīng)地做出調(diào)整適應(yīng)當(dāng)前環(huán)境。以往這些系統(tǒng)往往都是本地而且獨(dú)立的，信息并不互通，數(shù)據(jù)間也沒有那么多交匯，不可能實(shí)現(xiàn)這樣的聯(lián)動(dòng)。

ADAS功能引入后，車內(nèi)數(shù)據(jù)量大增，對通信的安全性和實(shí)時(shí)性也要求更高。這些新需求讓ADAS架構(gòu)下的數(shù)據(jù)流通更依賴于更先進(jìn)的汽車總線通信技術(shù)，這些技術(shù)可以更快、更遠(yuǎn)地傳輸數(shù)據(jù)，從而提高車輛的安全性和自主性。

隨著ECU的增加以及智能汽車對更高級(jí)安全功能的需求，車載CAN通信作為主流總線也在不斷發(fā)展。CAN系統(tǒng)會(huì)允許將多個(gè)ECU連接到一條通信線路并彼此交換數(shù)據(jù)，根據(jù)協(xié)議和通信速度的不同分為CAN和CAN FD，CAN的通信速度最高在1Mbps，CAN FD最高可以達(dá)到8Mbps。這些升級(jí)可能仍然還不夠，還不能跟上汽車架構(gòu)升級(jí)的角度，那么現(xiàn)在還有速率更高的CAN XL，在10Mbps以上。

從CAN到CAN FD

CAN向CAN FD協(xié)議的升級(jí)，升級(jí)了協(xié)議沒有改變物理層，但二者差別還是很明顯的，雖然兩種系統(tǒng)均使用屏蔽雙絞線通信，均為差動(dòng)電壓。但是CAN的數(shù)據(jù)長度只能在1至8Byte變化，CAN FD的數(shù)據(jù)長度直接拓展到64Byte。

此外，CAN FD取消了遠(yuǎn)程幀，只留下了11bit的標(biāo)準(zhǔn)幀和29bit的拓展幀，遠(yuǎn)程請求替換RRS始終是顯性。

此前的CAN在性能上已經(jīng)很難應(yīng)付Flexray、Ethernet等總線的威脅，向CAN FD升級(jí)后，更好地滿足要求高實(shí)時(shí)性高數(shù)據(jù)傳輸速率的應(yīng)用，同時(shí)相比Flexray、Ethernet 等新興總線成本更低。

當(dāng)然隨著CAN向CAN FD協(xié)議的升級(jí)，一些問題開始浮現(xiàn)出來。第一個(gè)問題是高速化會(huì)引起諧振現(xiàn)象，導(dǎo)致了錯(cuò)誤判斷的可能性增加；第二個(gè)問題是電磁輻射頻段向高頻轉(zhuǎn)移，使得EMC應(yīng)對變得更困難。

越高的數(shù)據(jù)速率下，諧振現(xiàn)象越嚴(yán)重。引起諧振現(xiàn)象的原因主要有兩點(diǎn)，一是CAN線束分支點(diǎn)引起的反射（拓?fù)湓O(shè)計(jì)）、一是從ECU到線束在內(nèi)的漏感和寄生電容。想要解決向CAN FD升級(jí)后的困擾，要么從設(shè)計(jì)上重新考慮拓?fù)?，要么從共?a href="http://srfitnesspt.com/tags/濾波器/" target="_blank">濾波器上盡可能減少漏感和寄生電容。

目前在共模濾波上通過包含繞組工藝的獨(dú)有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以使泄漏電感、寄生電容、模式轉(zhuǎn)換特性最小化，優(yōu)化CAN FD的應(yīng)用。此外這種共模濾波器最好能覆蓋很廣的溫度范圍，一般會(huì)采用金屬端子以及激光焊接的繼線方式來提高器件的可靠性。

小結(jié)

在汽車各種控制系統(tǒng)的電子設(shè)備中，為了實(shí)現(xiàn)更大數(shù)據(jù)量的高速通信，CAN通信系統(tǒng)的通信能力仍然在進(jìn)一步提高。在車載通信架構(gòu)加快變革的互聯(lián)時(shí)代，高性能的總線技術(shù)才能給予車載系統(tǒng)高通信速度下足夠的可靠性。