本文作者：
飛思卡爾公司 David Lopez & Philippe Mounier
摘要
行業正在面臨著看似截然相反的兩種發展趨勢，一種趨勢需要更高帶寬，以更低的成本提高數據交換速率；另一種趨勢則需要出色的能源效率。CAN是平衡這兩種需求的核心所在，這需要推出多種創新技術，既要分別利用這些技術，同時又將它們相互結合，以便應對這兩種趨勢，最終各種需求和限制因素歸結為物理層的實現。
本文介紹CAN FD（Flexible data）可變速率物理層的技術挑戰、潛在的應用案例場景，包括邊界條件下的可靠性要求，以及與替代性解決方案相比，為網絡帶來的器件節省優勢。與此同時，為了功耗優化，可供選擇的是否帶喚醒系統功能的CAN收發器在汽車行業的應用在不斷增加，并且能夠為有這類需求的其它市場（例如工業市場）帶來極大的效益。
每一種創新都有助于確保并且增強CAN的使用性能，提高效率或增加傳輸速率，如今這些創新相互組合，又需要解決各種全新的挑戰。
在汽車網絡領域，通信標準已經向前邁出了重大一步，電子設備延伸到各種汽車平臺。自從1980年控制器局域網（CAN）創建以來，它便在一直適應發展，解決了這個行業的帶寬、可靠性和低功耗等方面的各種挑戰。
各種市場都采用了CAN拓撲技術。CAN最初的開發目的是為了支持汽車市場，隨著獲得汽車5大領域（動力總成、底盤、安全、車身和車載信息娛樂系統）的大范圍認可，CAN如今已經應用于眾多其它領域（重型車輛——基于J1939的解決方案、農業機械——ISO 11783，又稱Isobus、航天系統——Arinc 825/6、移動設備、醫療和不斷發展壯大、采用CANopen EN50325-4和CANopen安全標準EN 50325-5的工廠自動化應用）。
到2015年將會達到20億個節點（80%的節點屬于汽車市場，其它屬于工業市場），CAN會成為最大規模工業網絡標準的組成部分，并在對成本和可靠性敏感的應用中受到越來越多的關注。
CAN市場細分，單位百萬（2015年）
CAN的優勢有多種：由基于全差分結構，可以用于系統間通信 ，降低了噪聲干擾；它還可以作為即插即用解決方案，提供靈活的帶寬。此外，由于通過行業規范的認可和兼容性一致性測試（電氣和EMC/ESD），大幅提高了物理層對外部干擾的抵抗能力和內部噪聲的抑制能力。CAN收發器的這些新的技術革命帶來了他的使用更加簡單、快速和強健。
這種標準化的進程有利于CAN總線技術在市場上的快速增長，降低了這種技術解決方案的整體成本。
如今，為了適應更快通信換速率的行業發展趨勢，以及降低網絡能耗的需求，由此推出了新的標準。
CAN PN（partial networking） （ISO11898-6）支持選擇性喚醒，在物理層內部可以存儲并檢查ECU喚醒。其次，另一個問題便是需要提高帶寬，CAN FD確保了在傳輸期間實現更快的波特率和更高的數據量。
提高網絡級的帶寬可以延遲向更高波特率網絡的過渡，并且成本更低（與FlexRay或者以太網相比），提供中間系統解決方案，滿足更高通信速率的需求。
這樣的演變需要物理層做出相應的調整以適應每一種市場的需求，而且需要將各種架構加以整合，以便維持強勁的性能。
CAN高速物理層和提高帶寬的挑戰
如今大部分汽車CAN使用速率為500 kb/s。只有少數應用的運行速率達到1 Mb/s，但它們會面臨嚴重的技術限制條件，例如網絡長度和節點數量，CAN FD允許提高CAN幀數據段的比特率，并且可以擴大傳輸數據字節的數量，同時數據幀起始段（ID，DLC）與現行的波特率保持一致大多數情況下為500 kb/s。這從整體上有助于提高CAN協議的效率，同時確保運行現有的CAN網絡拓撲技術（長度、存節點、終端概念）。
在最初發布時，CAN FD協議和技術規范聲稱其可以使用現有的CAN收發器，盡管運行速率可高達8 Mb/s。但是，深入分析ECU和主要的CAN收發器設備在最終應用環境（例如EMC）中應該滿足的要求、環境和技術規范，所得結論是：至少需要對CAN收發器實施一定的優化，最終大幅改變收發器的理念或設計，從而全面符合可變速率的技術規范。
關于EMC，輻射干擾或傳導干擾取決于信號完整性和CAN信號的波形。然而，CAN傳輸波特率（即500 kb/s）衍生出的基波和諧波在整個頻譜范圍內都是清晰可見的。
為了提高CAN FD波特率，部分比特數據通過更高波特率傳輸，這會導致諧波“移動”到更高頻率的頻譜范圍。
在這些頻率下，要求具有極低的干擾，如果沒有外部濾波組件或內在的設計改進，CAN FD收發器將難以滿足這些需求。以下波形展示介紹了500 kb/s和2 Mb/s速率時典型的CAN接口頻譜圖，未采用外部濾波器。數值根據IEC61967 ［8］標準測量獲得。在CAN FD2 Mb/s的速率下運行時產生的頻率“位移”清晰可見。
MC33901在速率為500 kps和2 Mbps時的CAN干擾對比
為了保持汽車市場的EMC等級要求，需要對 CAN驅動程序進行優化，CAN FD 的傳輸速率達到2MB/s是第一步，以后還會實現更高的傳輸速率。
本文選自電子發燒友網7月《汽車電子特刊》Change The World欄目，轉載請注明出處！
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