國(guó)產(chǎn)車(chē)載CAN IC崛起，能否挑戰(zhàn)NXP？

汽車(chē)架構(gòu)變化推動(dòng)CAN總線需求增長(zhǎng)

車(chē)載網(wǎng)絡(luò)正開(kāi)始從域架構(gòu)向區(qū)域架構(gòu)遷移，這種方法將使用更少的協(xié)議、更少的布線，從而簡(jiǎn)化和加速車(chē)輛中的通信，并最終降低成本。

隨著自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展，預(yù)計(jì)到2030年，自動(dòng)駕駛汽車(chē)中的ECU單元將增加到120個(gè)，傳感器數(shù)量達(dá)到100個(gè)，激勵(lì)器數(shù)量增至200個(gè)。這一趨勢(shì)強(qiáng)調(diào)了高效、可靠通信網(wǎng)絡(luò)在汽車(chē)設(shè)計(jì)中的重要性。

不同車(chē)載總線的比較，來(lái)源：Analog Devices

車(chē)載總線作為汽車(chē)領(lǐng)域的通信總線，是指用于車(chē)載網(wǎng)絡(luò)中底層的車(chē)用設(shè)備或車(chē)用儀表互聯(lián)的通信網(wǎng)絡(luò)。其實(shí)現(xiàn)了車(chē)輛內(nèi)部各個(gè)系統(tǒng)的集成和協(xié)調(diào)工作。傳統(tǒng)車(chē)載總線技術(shù)種類(lèi)繁多，目前主要的車(chē)載總線類(lèi)型包括 CAN、LIN、MOST、FlexRay、LVDS、A2B 等，分別在汽車(chē)上不同的電子系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用。

傳統(tǒng)汽車(chē)線束長(zhǎng)達(dá)1610米，有近300個(gè)連接點(diǎn)，總質(zhì)量約為35公斤，成本超過(guò)1000美元，其復(fù)雜的布線占用了大量車(chē)內(nèi)空間，限制了汽車(chē)向電子化、智能化方向的發(fā)展。改用CAN總線后，線束長(zhǎng)度可縮短至200-1000米，質(zhì)量減輕9-17公斤，大幅簡(jiǎn)化了布線，顯著提高了系統(tǒng)的可靠性和實(shí)時(shí)性。目前市場(chǎng)上80%以上的CAN控制器被用于構(gòu)建車(chē)內(nèi)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，顯示了CAN技術(shù)在汽車(chē)行業(yè)中的廣泛應(yīng)用和重要性。

典型CAN收發(fā)器系統(tǒng)應(yīng)用電路圖

CAN（Controller Area Network）是一種博世公司和英特爾公司共同開(kāi)發(fā)的汽車(chē)內(nèi)數(shù)據(jù)交換的世界標(biāo)準(zhǔn)串行通信協(xié)議。它通過(guò)雙絞線連接多個(gè)節(jié)點(diǎn)，形成一個(gè)總線型、串行、廣播式的網(wǎng)絡(luò)，能夠簡(jiǎn)化電子控制單元（ECU）的設(shè)計(jì)和安裝，減輕布線重量，降低空間要求。CAN控制器接收并處理數(shù)據(jù)，傳遞給CAN收發(fā)器，后者負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的電信號(hào)轉(zhuǎn)換和傳輸。

CAN支持不同速度的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議：低速CAN最高125 Kbps，高速CAN最高1 Mbps，以及CAN FD最高15 Mbps。高速CAN主要用于發(fā)動(dòng)機(jī)控制、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、ABS、ESP、儀表和傳感器，要求快速穩(wěn)定的信號(hào)傳輸；低速CAN應(yīng)用于車(chē)內(nèi)舒適系統(tǒng)如空調(diào)、座椅調(diào)節(jié)等，對(duì)實(shí)時(shí)性要求較低。CAN FD，作為CAN的升級(jí)版，提高了傳輸速率至8Mbps。

CAN總線技術(shù)發(fā)展歷程，來(lái)源：與非研究院整理

CAN總線技術(shù)自80年代起便因其高性能、易用性和高可靠性在汽車(chē)和工業(yè)控制領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。隨著技術(shù)進(jìn)步和應(yīng)用需求的增長(zhǎng)，CAN總線面臨著數(shù)據(jù)量和設(shè)備數(shù)量激增的挑戰(zhàn)，特別是在汽車(chē)電氣化和工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域。這促使了CAN FD技術(shù)的發(fā)展，該技術(shù)繼承了CAN的核心特性，如物理層和仲裁機(jī)制，同時(shí)引入了可變通訊速率和更長(zhǎng)的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，顯著提高了網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸能力和效率。

隨著CAN FD標(biāo)準(zhǔn)的推出和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織的正式認(rèn)可，CAN技術(shù)的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新的階段。這一階段不僅見(jiàn)證了技術(shù)的進(jìn)步，也反映了行業(yè)對(duì)高效率、高可靠性通訊協(xié)議的不斷追求。CAN總線和CAN FD技術(shù)的成功實(shí)施，極大地推動(dòng)了汽車(chē)電子系統(tǒng)的發(fā)展，提高了車(chē)輛的性能和安全性，同時(shí)也為工業(yè)控制系統(tǒng)提供了一個(gè)高效、可靠的通訊解決方案。

車(chē)載CAN IC主要應(yīng)用及特點(diǎn)

車(chē)載CAN&LIN收發(fā)器的主要應(yīng)用場(chǎng)景，來(lái)源：芯力特

在現(xiàn)代汽車(chē)應(yīng)用中，隨著電氣化和智能化的發(fā)展，車(chē)內(nèi)電控單元（ECU）數(shù)量可能達(dá)到70個(gè)以上，涵蓋引擎控制、傳動(dòng)系統(tǒng)、安全氣囊、ABS、巡航控制、電動(dòng)助力轉(zhuǎn)向（EPS）、音響系統(tǒng)、門(mén)窗控制以及電池管理等。這些ECU之間的互連對(duì)于實(shí)現(xiàn)汽車(chē)的安全、經(jīng)濟(jì)和便利性至關(guān)重要。CAN總線技術(shù)，作為實(shí)現(xiàn)這些ECU數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹饕绞剑瑯O大地簡(jiǎn)化了車(chē)內(nèi)電子系統(tǒng)的布線復(fù)雜度和成本，促進(jìn)了點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接向總線式連接的轉(zhuǎn)變。

CAN總線不僅在汽車(chē)控制系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，還在汽車(chē)診斷領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，使得ECU能夠快速獲取診斷信息。其多主控（Multi-Master）線性拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、通過(guò)消息標(biāo)識(shí)符實(shí)現(xiàn)的尋址機(jī)制以及基于消息優(yōu)先級(jí)的沖突檢測(cè)和仲裁機(jī)制（CSMA/CD+AMP），共同確保了CAN總線的高效和可靠性。CAN總線的這些特點(diǎn)，如廣播式消息傳輸、事件驅(qū)動(dòng)通信、以及消息標(biāo)識(shí)符尋址等，使得在總線上添加節(jié)點(diǎn)變得更加靈活。

車(chē)載CAN IC主要應(yīng)用及特點(diǎn)，來(lái)源：與非研究院整理

CAN總線在汽車(chē)電子領(lǐng)域內(nèi)的多樣化應(yīng)用，涉及從基礎(chǔ)的車(chē)身控制到高級(jí)的駕駛輔助系統(tǒng)等多個(gè)方面。CAN總線因其高可靠性、低成本和靈活性，在汽車(chē)電子領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。隨著汽車(chē)向電動(dòng)化、智能化發(fā)展，對(duì)于CAN總線的依賴預(yù)計(jì)將繼續(xù)增長(zhǎng)。

在全球范圍內(nèi)，CAN技術(shù)由于其標(biāo)準(zhǔn)化和開(kāi)放性，已成為汽車(chē)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和嵌入式工業(yè)控制局域網(wǎng)的重要標(biāo)準(zhǔn)。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用的不斷擴(kuò)展，CAN總線和CAN FD技術(shù)將繼續(xù)在智能交通系統(tǒng)、智能制造等領(lǐng)域發(fā)揮其關(guān)鍵作用，推動(dòng)相關(guān)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)升級(jí)。

國(guó)產(chǎn)車(chē)載CAN IC崛起，能否挑戰(zhàn)NXP壟斷地位？

1987年，Intel和Philips推出了第一款CAN控制器芯片，標(biāo)志著CAN技術(shù)在汽車(chē)電子化領(lǐng)域的應(yīng)用開(kāi)始商業(yè)化。到2019年，中國(guó)汽車(chē)工業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)分析顯示，中國(guó)汽車(chē)產(chǎn)量達(dá)到2572萬(wàn)輛，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)CAN通訊芯片的需求達(dá)到了約30億元人民幣。估算顯示，國(guó)內(nèi)每年需求CAN芯片約12.5億顆，全球需求超過(guò)45億顆。LIN芯片年使用量約1億顆，年增長(zhǎng)率約為13%，其中CAN/LIN SBC芯片約占總市場(chǎng)的10%。

市場(chǎng)上主要的CAN/LIN芯片供應(yīng)商包括NXP、德州儀器（TI）、英飛凌、瑞薩、意法半導(dǎo)體和安森美，以及國(guó)內(nèi)的北京君正、芯力特等。其中NXP在全球市場(chǎng)占據(jù)壟斷地位，而TI和安森美通過(guò)價(jià)格策略逐步提升了市占率。

國(guó)產(chǎn)CAN/LIN/SBC芯片的研發(fā)起步較晚，因?yàn)檐?chē)規(guī)等級(jí)的芯片研發(fā)周期長(zhǎng)、難度大、成本高，而且單個(gè)芯片售價(jià)不高、單個(gè)客戶的采購(gòu)量不大，且客戶眾多而且分布廣泛。該市場(chǎng)的售價(jià)已經(jīng)被國(guó)外廠商掌握，因此大多數(shù)國(guó)內(nèi)公司更加關(guān)注于某一兩款特定芯片，以爭(zhēng)奪細(xì)分市場(chǎng)。目前國(guó)內(nèi)通過(guò)能實(shí)現(xiàn)AEC-Q100能力的公司并不多，所以該類(lèi)產(chǎn)品留給國(guó)內(nèi)公司的市場(chǎng)空間巨大。隨著2022年車(chē)規(guī)芯片的大缺貨，目前各大國(guó)產(chǎn)廠商紛紛加速進(jìn)入CAN IC市場(chǎng)進(jìn)行布局。

包括金升陽(yáng)、川土微電子、芯力特、北京君正、絡(luò)明芯、3PEAK、英飛凌、茂睿芯、Holtek、晶焱科技、信路達(dá)等公司通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品優(yōu)化，提供了一系列支持CAN和CAN FD協(xié)議的收發(fā)器芯片。這些芯片不僅支持高速數(shù)據(jù)傳輸，而且具備低功耗、高可靠性、強(qiáng)大的電磁兼容性（EMC）和靜電放電（ESD）保護(hù)功能，能夠適應(yīng)惡劣的汽車(chē)應(yīng)用環(huán)境。

盡管市場(chǎng)前景廣闊，但車(chē)載網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的技術(shù)挑戰(zhàn)仍然存在。如何在保證高數(shù)據(jù)傳輸速率的同時(shí)，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性和安全性，減少外部干擾，提高電磁兼容性，是廠商們面臨的主要技術(shù)難題。此外，隨著5G、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）等新技術(shù)的融合應(yīng)用，未來(lái)車(chē)載網(wǎng)絡(luò)將更加復(fù)雜，對(duì)收發(fā)器芯片的性能提出了更高的要求。

在汽車(chē)電子和智能化快速發(fā)展的背景下，國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體制造商推出的CAN總線和CAN FD收發(fā)器芯片在提升通訊速率、降低功耗、增強(qiáng)電磁兼容性（EMC）和靜電放電（ESD）保護(hù)方面競(jìng)爭(zhēng)激烈。以目前市面上主流的CAN控制器產(chǎn)品——NXP的TJA1055T/3/1J為例，目前各大國(guó)產(chǎn)廠商都推出替代的IC產(chǎn)品，有不少在技術(shù)參數(shù)上都更具優(yōu)勢(shì)，以下為與非研究院整理的部分CAN IC玩家及產(chǎn)品介紹：

1. NXP - TJA1055T/3/1J

NXP的TJA1055T/3/1J是針對(duì)低速應(yīng)用設(shè)計(jì)的接口控制器，提供差分接收和發(fā)送功能，適用于乘用車(chē)最高125 kBd。它是TJA1054和TJA1054A的增強(qiáng)版，提供額外的改進(jìn)，如更好的錯(cuò)誤處理能力和在異常情況下的單線傳輸模式，確保了更高的通信可靠性。

2. 金升陽(yáng) - SCM3425ASA

金升陽(yáng)的SCM3425ASA是滿足AEC-Q100車(chē)規(guī)級(jí)測(cè)試的CAN總線收發(fā)器，支持CAN FD。其耐壓能力為-42V～42V，具有出色的電磁干擾（EMI）防護(hù)和極低的電磁輻射能量，保證了在惡劣環(huán)境下的穩(wěn)定運(yùn)行。

3. 川土微電子 - CA-IF1042VS-Q1

川土微電子的CA-IF1042VS-Q1是車(chē)規(guī)級(jí)CAN收發(fā)器，獲得德國(guó)C&S兼容性認(rèn)證和AEC-Q100 Grade 1認(rèn)證。其通過(guò)C&S兼容性認(rèn)證意味著該產(chǎn)品能夠與主流通訊網(wǎng)絡(luò)無(wú)障礙地互聯(lián)互通，為整車(chē)系統(tǒng)提供了廣泛的適應(yīng)性。

4. 芯力特

芯力特在CAN/LIN芯片領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，其產(chǎn)品基于BCD工藝，滿足車(chē)載市場(chǎng)和其他新興市場(chǎng)的應(yīng)用需求。自2018年成功量產(chǎn)國(guó)內(nèi)第一款自主研發(fā)CAN總線收發(fā)器芯片以來(lái)，芯力特已發(fā)布二十余款CAN/CAN FD/LIN收發(fā)器芯片，累計(jì)出貨量超過(guò)1億顆，打破了國(guó)外的技術(shù)壟斷。

5. 北京君正 - Lumissil

北京君正旗下的Lumissil品牌推出了CAN SBC IS32IO1163和LIN SBC IS32IO1028芯片，支持CAN FD并符合多項(xiàng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。這些芯片集成了LDO及CAN收發(fā)器，提供了強(qiáng)大的ESD保護(hù)能力和抗電磁輻射能力，適用于各種車(chē)載網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

6. 絡(luò)明芯

絡(luò)明芯推出的LIN SBC和CAN FD SBC芯片通過(guò)AEC-Q100 grade 2認(rèn)證，為車(chē)載網(wǎng)絡(luò)提供了穩(wěn)健可靠的通訊解決方案。這些新的SBC芯片滿足了汽車(chē)電子復(fù)雜化、智能化需求的不斷增長(zhǎng)，提供了更大的價(jià)值和更好的通訊實(shí)現(xiàn)。

7. 3PEAK - TPT1145Q等系列

3PEAK的TPT1145Q等系列芯片提供高速CAN收發(fā)功能，符合ISO11898-2：2016規(guī)范，支持高達(dá)5Mbps的CAN FD。這些產(chǎn)品具有超低功耗睡眠模式和強(qiáng)大的±10 kV IEC61000-4-2接觸放電保護(hù)，確保了高性能和高可靠性。

市場(chǎng)主流CAN IC廠商及產(chǎn)品（部分），來(lái)源：與非研究院整理

車(chē)載CAN總線的五大發(fā)展趨勢(shì)

在過(guò)去，汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行速度普遍低于100Mbps。然而，隨著汽車(chē)開(kāi)始根據(jù)各個(gè)區(qū)域的輸入做出更為重要的決策，數(shù)千兆位的速度將被引入車(chē)輛中以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速移動(dòng)。這種變化預(yù)示著汽車(chē)通信網(wǎng)絡(luò)的重大轉(zhuǎn)型，其中10/100/1000BASE-T1汽車(chē)以太網(wǎng)和低速總線（如CAN及其變體）將在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)繼續(xù)為大多數(shù)低速通信提供服務(wù)。

由于CAN總線技術(shù)的局限性，特別是在最高傳輸速率僅為1Mbps的背景下，對(duì)于數(shù)據(jù)密集型的應(yīng)用場(chǎng)景，如自動(dòng)駕駛和多媒體傳輸，這種傳統(tǒng)的通信協(xié)議顯得力不從心。為了應(yīng)對(duì)日益增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)傳輸需求，行業(yè)內(nèi)部開(kāi)始發(fā)展新的通信協(xié)議和技術(shù)，包括CAN FD、MOST、LVDS和以太網(wǎng)等，以滿足更高數(shù)據(jù)傳輸速率的需求。

隨著高檔乘用車(chē)車(chē)載電子裝置的迅速增加，CAN總線的應(yīng)用使整車(chē)控制系統(tǒng)形成“局部成網(wǎng)、區(qū)域互聯(lián)”的格局。展望未來(lái)，關(guān)于下一代CAN通信技術(shù)的討論在業(yè)界激烈進(jìn)行中。

在新一代汽車(chē)通信網(wǎng)絡(luò)中，CAN FD技術(shù)被視為一項(xiàng)重要進(jìn)展。與傳統(tǒng)CAN相比，CAN FD能夠以更高的速度傳輸更多數(shù)據(jù)，最大數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)5Mbps，數(shù)據(jù)有效負(fù)荷增加8倍，達(dá)到最高支持64字節(jié)。這使得CAN FD成為了下一代主流汽車(chē)總線系統(tǒng)的有力競(jìng)爭(zhēng)者。CAN FD的推出，為汽車(chē)電子系統(tǒng)提供了更高的通信性能，更好地支持了自動(dòng)駕駛、高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）等數(shù)據(jù)密集型的應(yīng)用。

2020年第17屆國(guó)際CAN大會(huì)上，CiA協(xié)會(huì)（CAN in Automation）介紹了第三代CAN通信技術(shù)CAN XL（CAN Extra Long）。CAN XL的數(shù)據(jù)場(chǎng)長(zhǎng)度提升至最高2048 byte，速率進(jìn)一步提升至10Mbps甚至20Mbps。這標(biāo)志著CAN技術(shù)在追求更高速率和更大數(shù)據(jù)處理能力方面邁出了重要一步。

展望未來(lái)，車(chē)載網(wǎng)絡(luò)將會(huì)發(fā)展成為基于域控制器的混合車(chē)載網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。在這種架構(gòu)下，以太網(wǎng)將成為主干網(wǎng)絡(luò)，而傳統(tǒng)的CAN/CAN FD、LIN等將繼續(xù)在低容量通訊場(chǎng)景下使用。這種混合網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，旨在滿足高速數(shù)據(jù)通信的同時(shí)，保持系統(tǒng)的靈活性和成本效益。與非研究院認(rèn)為，未來(lái)車(chē)載CAN總線的發(fā)展將呈現(xiàn)五大主要發(fā)展趨勢(shì)：

1.高數(shù)據(jù)傳輸速率和大數(shù)據(jù)處理能力：

CAN FD（Flexible Data-rate）和CAN XL（Extra Long）技術(shù)的出現(xiàn)，提供了比傳統(tǒng)CAN更高的數(shù)據(jù)傳輸速率（高達(dá)5Mbps甚至20Mbps）和更大的數(shù)據(jù)負(fù)載能力（最高2048字節(jié)），滿足了現(xiàn)代汽車(chē)和工業(yè)應(yīng)用中對(duì)高速通信和大數(shù)據(jù)處理的需求。

2.網(wǎng)絡(luò)集成與功能融合：

為了提高車(chē)內(nèi)電子模塊的集成度，適應(yīng)EE架構(gòu)由分布式向集中式架構(gòu)演變的趨勢(shì)，部分公司已經(jīng)開(kāi)始研制功能組合網(wǎng)絡(luò)功能的車(chē)規(guī)級(jí)芯片。這些芯片的研制，不僅是技術(shù)進(jìn)步的體現(xiàn)，也是對(duì)市場(chǎng)需求快速響應(yīng)的結(jié)果。這些芯片融合了以太網(wǎng)、CAN、LIN等多種通信技術(shù)，提高了系統(tǒng)集成性和可靠性。

3.向以太網(wǎng)技術(shù)的過(guò)渡：

雖然CAN總線技術(shù)仍將在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)繼續(xù)使用，但以太網(wǎng)技術(shù)因其更高的帶寬和傳輸距離，正在逐漸成為主干網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。特別是在自動(dòng)駕駛和高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）等數(shù)據(jù)傳輸密集型應(yīng)用中，以太網(wǎng)技術(shù)顯示出其優(yōu)越性。

4.安全性和可靠性的提高：

隨著汽車(chē)行業(yè)的快速發(fā)展，對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全和數(shù)據(jù)保護(hù)的需求也日益增加。CAN和CAN FD網(wǎng)絡(luò)通過(guò)硬件安全模塊和專用軟件進(jìn)行消息身份驗(yàn)證，以確保網(wǎng)絡(luò)的安全性。對(duì)于新興的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，如汽車(chē)以太網(wǎng)，也在積極探索采用MACSEC或IPSEC等方式來(lái)提高網(wǎng)絡(luò)的安全性。新的CAN技術(shù)和融合技術(shù)都強(qiáng)調(diào)了增強(qiáng)的安全性和錯(cuò)誤處理能力，以確保數(shù)據(jù)的安全傳輸和系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

5.兼容性與互操作性：

新興的CAN技術(shù)和融合技術(shù)在設(shè)計(jì)時(shí)考慮了與現(xiàn)有系統(tǒng)的兼容性和互操作性，以便于這些新技術(shù)能夠平滑過(guò)渡到現(xiàn)有的應(yīng)用中，減少系統(tǒng)升級(jí)的復(fù)雜性和成本。

END

注：本文題圖來(lái)自攝圖網(wǎng)、作者自制、媒體公開(kāi)資料、皆已授權(quán)。

審核編輯：劉清