CAN FD的波特率到底能跑多快？

本文導(dǎo)讀

眾所周知，CAN FD是基于CAN 2.0的升級版協(xié)議，為了滿足汽車電子日益增長的高帶寬和高傳輸速率的要求，CAN FD主要升級了以下幾個(gè)方面：

1、更高的傳輸波特率

圖1 可變數(shù)據(jù)段波特率結(jié)構(gòu)

CAN FD速率包含兩個(gè)段的速率，其中仲裁段和ACK段沿用CAN2.0的規(guī)范，最高速率為1Mbit/s，中間的數(shù)據(jù)段是可以加速的，標(biāo)稱可以達(dá)到5Mbit/s，甚至更高。

2、更高效的數(shù)據(jù)段

對于汽車電子來說，對車輛動(dòng)力系統(tǒng)、底盤以及主被動(dòng)系統(tǒng)來說，加長的數(shù)據(jù)段避免了數(shù)據(jù)非必要的拆分，大大提升了CAN幀的傳輸效率。

圖2 CAN FD高效的數(shù)據(jù)段

3、更可靠的CRC校驗(yàn)和額外的控制位

在傳統(tǒng)的CAN 2.0中，由于填充規(guī)則會(huì)對CRC產(chǎn)生干擾，在CAN FD中升級了算法，將填充位加入多項(xiàng)式的運(yùn)算，主要作為格式檢查，考慮數(shù)據(jù)長度變化的區(qū)間很大，CRC也根據(jù)區(qū)間會(huì)生成兩種校驗(yàn)算法，當(dāng)幀長小于210位，使用CRC_17，當(dāng)幀長小于1023位，使用CRC_21位算法。

圖3 可靠的CRC校驗(yàn)

另外在CAN FD中利用了部分保留標(biāo)志位，新增三種控制位，包括EDL（是否是CAN FD幀）、BRS（是否可變速率）以及ESI（錯(cuò)誤狀態(tài)），豐富幀內(nèi)的有用信息。

圖4 新增控制位

接下來我們回到正題，升級后的CAN FD到底能跑多快呢？那就用一個(gè)問題開始，大家都知道CAN 2.0最高速率可以到1M，但是為什么汽車電子高速CAN只跑到500K呢？

對于CAN總線的傳輸速率來講，傳輸距離和傳輸速率是成反比的，一般來說傳輸距離（m）=（50000/波特率kbps）*0.8，如圖5所示。

圖5 傳輸距離和傳輸速率的關(guān)系

實(shí)際在總線傳輸?shù)倪^程中，只有在實(shí)際應(yīng)用環(huán)境下穩(wěn)定傳輸才是重中之重，所以1M波特率在汽車電子會(huì)很難，接下來就如何實(shí)現(xiàn)高速率的穩(wěn)定傳輸因素做以下淺析。

首先是CAN收發(fā)器，收發(fā)器的功能是將邏輯值轉(zhuǎn)換為電平值，但電平在傳輸?shù)倪^程中難免衰減，傳輸線纜本身的阻抗和容抗無法避免，尤其是首位終端電阻（基于手牽手拓?fù)洌饕袃蓚€(gè)功能：

• 首尾120歐姆終端電阻，保證阻抗連續(xù)性（防止電信號反射）；

• 放電作用。

針對終端電阻放電作用，我們下面從兩個(gè)層面分析：

一、電平傳輸層面分析

圖6 CAN FD波形

我們先來看一個(gè)CAN FD分解波形，其中是由顯隱性電平構(gòu)成的，其中上升沿是由CAN收發(fā)器芯片本身驅(qū)動(dòng)的。當(dāng)顯性電平轉(zhuǎn)變?yōu)殡[形電平的時(shí)候，需要終端電阻放電，所以下降沿是我們的終端電阻放電的造成的。

圖7 負(fù)載電阻與差分幅值的關(guān)系

如果下降沿緩慢是什么原因?qū)е拢?/strong>