如何解決車載CAN到CAN FD的升級困擾

電子發燒友網報道（文/李寧遠）在汽車通信網絡里，CAN BUS指的是車載多路通信系統，其目的是簡化車輛線束并加快通信速度。CAN BUS會允許將多個設備（ECU）連接到一條通信線路并彼此交換數據，根據協議和通信速度的不同分為CAN和CAN FD系統。CAN的通信速度在500Kbps，CAN FD最高可以達到8Mbps。

兩種系統均使用屏蔽雙絞線通信，均為差動電壓。在數據長度上CAN只能在1至8Byte變化，而CAN FD的數據長度能在1至64Byte可變。上面說到CAN BUS會允許將多個設備連接到一條通信線路并彼此交換數據，一般有P2P連接、總線式連接和星狀式連接三種拓撲結構（以太網和LVDS僅支持P2P連接）。在實際的車輛中，通常是上述三種連接方法混合組成一個車載網絡。

車載CAN向CAN FD升級帶來哪些困擾

隨著CAN向CAN FD協議的升級，一些問題開始浮現出來。第一個問題是高速化會引起諧振現象，導致了錯誤判斷的可能性增加；第二個問題是電磁輻射頻段向高頻轉移，使得EMC應對變得更困難。

可以看出，在8Mbps的CAN FD下，諧振現象是最嚴重的，會影響對顯性和隱性區域的判斷。500Kbps速率下可以保證諧振現象收束后有足夠的反應時間，但若縮短1bit時間，則ECU錯誤率會明顯上升。引起諧振現象的原因主要有兩點，一是CAN線束分支點引起的反射（拓撲設計）、一是從ECU到線束在內的漏感和寄生電容。

要解決諧振現象，一是從設計上考慮，一是從共模濾波器上盡可能減少漏感和寄生電容。

共模濾波器如何解決諧振問題

CAN FD應用的共模濾波器的模式轉換特性，也就是對應的Ssd21參數是極為重要的。業界最高水平的模式轉換特性是通過包含繞組工藝的獨有結構設計，使泄漏電感、寄生電容、模式轉換特性最小化，針對比以往更容易受到諧振影響的CAN-FD應用進行了優化。

為了實現良好的Stray C對應CAN FD的要求，共模濾波器最好能覆蓋很廣的溫度范圍（-40℃至150℃）。共模濾波器的可靠性也是保證良好諧振的前提，一般會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。這相比市場上較為傳統的鉚接方式可靠性等級提升了幾個層次。

在不加共模濾波器的情況下，對于數據尖刺的抑制效果明顯比添加后的效果差很多。在輻射抑制得如此好的情況下，差分信號是否會受到影響，抑制到數據傳輸呢？答案是并不會，加入共模濾波器后差分信號波形與之前相比并不會發生劣化，不必擔心抑制效果會擴散到信號傳輸上。

另外如果傳輸速率很快，為了避免數據丟失或失真，共模濾波器本身會滿足相應的插損/回損要求，更詳細的應對辦法還是要看在PCB上的設計情況。

CAN BUS ESD如何應對

之前在討論ESD的文章中，我們說過了ESD抑制器和TVS二極管，是解決ESD防護和浪涌保護的有效手段。在車載通信網絡中，壓敏電阻與陶瓷片式電容器同樣是保護功能出色的保護器件。

壓敏電阻有碳化硅壓敏電阻和氧化鋅壓敏電阻，氧化鋅更為常見，很多廠商都以氧化鋅為基礎材料。高ESD耐量是保護器件最重要的特性之一。在經過多次電壓測試后，不同的壓敏電阻會有不同的電壓變化，優異的高ESD耐量壓敏電阻在測試中會幾乎沒有變化。
如何選擇合適的壓敏電阻并不算復雜，首先確保額定電壓要略低于壓敏電阻的擊穿電壓，再一點就是靜電容量。一般來說當壓敏電阻電壓相同時，靜電容量越大，靜電吸收能力以及耐久性越好。但是不能忽視的是在選擇時需要考慮到對應的通訊速度，不能一味選擇大靜電容量以至于影響到通訊速度。

另一點比較引人關注的問題是，在CAN BUS中，壓敏電阻會不會比TVS二極管響應得更慢。這個問題其實不必擔心，兩類器件在ESD鉗位電壓上性能都是相似的，而且兩種不同保護器件的抑制效果都會出現在1ns之前。不同于壓敏電阻的地方在于，單一方向的TVS因為擊穿電壓很低，會把差分電壓一起吸收掉，產生通信誤差。壓敏電阻則不會影響差分電壓。

小結

在汽車各種控制系統的電子設備中，為了實現更大數據量的高速通信，CAN通信系統的通信速度開始進一步提高。在通信速度加快的互聯時代，高性能的電子元件給予了系統高通信速度下足夠的可靠性。