訊號改善功能如何協助發揮 CAN-FD 收發器的實際潛力

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摘要

現代的汽車會執行大量功能，以提高車輛的安全性、性能和舒適性。從動力系統、先進駕駛輔助系統、車身電子、照明，到車載資訊娛樂系統與安全性，車輛中部署了大量的電子控制單位 (ECU) 以執行前述電機功能。

ECU 會透過車載網路匯流排交換控制與數據記錄資訊。在控制器區域網路 (CAN)、區域互連網路 (LIN)、FlexRay 與 Ethernet 中，CAN 匯流排依舊是最受歡迎的選項，因為其易於使用、具有良好的共模雜訊抑制、採用優先權式傳訊、以按位元仲裁處理匯流排競爭，並且具備錯誤偵測和復原功能。

此外，CAN 匯流排的另一項重大優勢在於只要對現有 CAN 匯流排新增節點，就能擴充車輛網路。不過，隨著網路變得更加複雜 (例如以星狀拓撲連結的 CAN 節點)，前述優勢就會消失。這類網路中固有的無端接短線所導致的反射，可能會在速度較高時造成訊號通訊作業出錯。因此，雖然 CAN 靈活資料速率 (FD) 收發器額定速率可達 5 Mbps，但在實際車輛網路中使用的速率卻不到 2 Mbps。利用訊號改善功能 (SIC)，就可在複雜的星狀網路中以 5 Mbps 甚或更高速率使用 CAN-FD 收發器，而且無需進行大規模的重新設計作業。

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1 何謂 SIC？

訊號改善是新增至 CAN-FD 收發器的額外功能，可透過將訊號振鈴最小化，提升複雜星狀拓樸能夠達到的最大數據速率。CAN SIC 收發器需要符合或超越國際標準化組織 (ISO) 11898-2:2016 高速 CAN 實體層標準的規格，以及 CAN-in-Automation (CiA) 601-4 訊號改善規格。

圖 1-1 所示為一般 CAN-FD 收發器，其 CAN 匯流排訊號會在超過 900 mV (CAN 接收器的顯性閾值) 與低於 500 mV (CAN 接收器的隱性閾值) 時發生振鈴，導致產生接收數據 (RXD) 突波。而在參照 CiA 601-4 之下，圖 1-2 則顯示了 CAN SIC 功能接收器如何使匯流排訊號振鈴衰減，進而產生正確的 RXD 訊號。

圖 1-1 沒有 SIC 的 CAN 匯流排與 RXD 波形

圖 1-2 有 SIC 的 CAN 匯流排與 RXD 波形

就電子參數而言，相較於一般 CAN-FD 收發器，符合 CiA 601-4 的 CAN SIC 收發器具有更緊密的位元定時對稱和迴路延遲規格，如表 1-1 所示。將傳輸路徑和接收路徑的延遲分離，可協助系統設計人員在具有其它訊號鏈元件的情況下，明確地計算網路傳播延遲。需要注意的一點是 CiA 601-4 所規定的定時與數據速率無關，且以 2-Mbps 與 5-Mbps 運作時都適用。

表 1-1 比較 CiA 601-4 與 ISO 11898-2 的定時規格

		CiA 601-4 規格		ISO 11898-2:2016 規格
參數	記號	最小 [ns]	最大 [ns]	最小 [ns]	最大 [ns]
訊號改善時間，以 TX 為基準	t_{SIC_TX_base}	不適用	530	不適用
傳輸的位元寬度變化	Δt_Bit(Bus)	-10	10	2 Mbps 為 –65	2 Mbps 為 30
傳輸的位元寬度變化	Δt_Bit(Bus)	-10	10	5 Mbps 為 –45	5 Mbps 為 10
接收的位元寬度	Δt_Bit(RxD)	-30	20	2 Mbps 為 –100	2 Mbps 為 50
接收的位元寬度	Δt_Bit(RxD)	-30	20	5 Mbps 為 –80	5 Mbps 為 20
接收器定時對稱	Δt_REC	-20	15	2 Mbps 為 –65	2 Mbps 為 40
接收器定時對稱	Δt_REC	-20	15	5 Mbps 為 –45	5 Mbps 為 15
發射器數據 (TXD) 至匯流排顯性的傳播延遲	t_{prop(TxD-busdom)}		80	在最高 255 ns 時，只有指定迴圈延遲 (TXD 至匯流排至 RXD)
TXD 至匯流排隱性的傳播延遲	t_{prop(TxD-busrec)}		80
匯流排至 RXD 顯性的傳播延遲	t_{prop(busdom-RxD)}		110
匯流排至 RXD 隱性的傳播延遲	t_{prop(busrec-RxD)}		110