CAN可靠性 - CAN 收發(fā)器的聚合挑戰(zhàn)，飛思卡爾有妙招

　　CAN可靠性

　　CAN物理層收發(fā)器的一個(gè)重大性能革命在于它實(shí)現(xiàn)了自身抵御系統(tǒng)噪聲的干擾，無論有無外部的保護(hù)器件。在定義CAN物理層時(shí)需要考慮多種規(guī)范的需求。

　　為了解決這些挑戰(zhàn)，在 （EME、EMI、ESD） 領(lǐng)域，利用先進(jìn)的混合信號和電源技術(shù)SMARTMOS 8工藝，已經(jīng)開發(fā)出一系列豐富多樣的創(chuàng)新，以便實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)可靠性的提升，并且無需外部扼流圈保護(hù)便可達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。

　　抗干擾設(shè)計(jì)：

　　CAN網(wǎng)絡(luò)如同吸收電磁噪聲的天線，它通過類似電動機(jī)、電磁閥、繼電器這樣負(fù)載切換或者通過外部來源生成。在CAN通信期間，當(dāng)施加電磁噪聲時(shí)，信號完整性不能被干擾。

　　這被稱為電磁抗干擾（EMI）。主要采用兩種EMI測試模擬以驗(yàn)證物理層的可靠性：分別是直接功率注入法（IEC62132-4）和大電流注入法（ISO11452-4） ［2］。

　　在外部EMC的入侵下，MCU TxD和RxD終端之間數(shù)據(jù)的傳輸和接收的信號應(yīng)該在一定范圍內(nèi)震蕩。隨著傳輸速率的提高，數(shù)據(jù)的保持時(shí)間會減少，所能接受的信號震蕩容限范圍會隨之降低這需要CAN收發(fā)器具備出色的EMC性能。

　　下圖為EMC測試原理的簡化圖，通過耦合電容器施加射頻干擾，同時(shí)收發(fā)器向總線傳輸數(shù)據(jù)。監(jiān)控收發(fā)器RxD信號，并與信號模板對比，它包含了允許的電壓和時(shí)序偏差（抖動）的典型信號。這種波動會變得越來越小，以適應(yīng)CAN FD的運(yùn)行。

　　EMC測試設(shè)置和容差范圍簡化示意圖

        在物理層中，可以提供完整的EMC設(shè)計(jì)流程，包括準(zhǔn)確的設(shè)計(jì)和布局指南、豐富的模塊級和頂層單元級仿真以及EMC仿真內(nèi)部運(yùn)行中包括了工藝和溫度變量在內(nèi)的各種模型，從而針對技術(shù)規(guī)范確保一定程度內(nèi)的余量。由此，這些設(shè)計(jì)的改進(jìn)確保了CAN信號完整性，支持信號注入量達(dá)到39 dBm。

　　通過CAN FD使用案例，不受EMC的限制，部分傳播延遲還可以經(jīng)過優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)更高波特率的運(yùn)行。這種物理層設(shè)計(jì)的演變對抗干擾性產(chǎn)生了影響，允許的抖動窗口變得越來越小。噪聲敏感度也因此增強(qiáng)，設(shè)計(jì)需要更高的抗干擾解決方案。下圖展示了在2 Mb/s的使用案例情況下，飛思卡爾MC33901 CAN高速物理層通過了DPI注入的性能。

　　MC33901/MC34901 – 帶有扼流圈時(shí)的直接功率注入CAN，2 Mb/s

        憑借高ESD性能提高系統(tǒng)可靠性：

　　物理層有專門的設(shè)計(jì)用于承受IC級和系統(tǒng)級定義的最嚴(yán)格ESD標(biāo)準(zhǔn)。它通過了AEC Q-100文檔中的規(guī)定ESD測試：人體模型（HBM） +-10 kV、機(jī)器模型（MM） +-200 V和帶電設(shè)備模型（CDM） +-750 V。此外，物理層經(jīng)過優(yōu)化，還通過了ISO10605:2008 ［3］、IEC61000-4-2:2008 ［4］、HMM（人人體金屬模型）［5］定義的系統(tǒng)級壓力測試。

　　ESD GUN可以用于重現(xiàn)人體處理電子系統(tǒng)子部件或者接觸汽車/設(shè)備結(jié)構(gòu)時(shí)靜電放電的影響。測試物理層所用的標(biāo)準(zhǔn)為ISO10605:2008、EN 61000-4-2:2008技術(shù)規(guī)范，IC上電和未上電。在集成電路開發(fā)階段必須考慮到所有這些標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)槊恳环N標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)置變量都會導(dǎo)致不同的抗壓特性。

        系統(tǒng)級到組件級的ESD技術(shù)規(guī)范

　　CAN H和CAN L引腳具有強(qiáng)大的抗靜電電壓等級，可以預(yù)防直接施加在引腳級的系統(tǒng)級壓力，無論帶或不帶外部保護(hù)。為了獲得這樣的高性能（25 kV），采用了SEED ［7］方法（系統(tǒng)高效ESD設(shè)計(jì)推廣一種板載和片上芯片ESD保護(hù)的IC/OEM協(xié)同設(shè)計(jì)方法，從而獲得系統(tǒng)級ESD）。下表歸納了一個(gè)飛思卡爾CAN高速物理層的ESD性能實(shí)例。

　　ESD性能匯總

　　高ESD和DPI的性能組合是對能量吸收的挑戰(zhàn)，同時(shí)不可降低CAN通信速度。如上表所示，最新的CAN物理層旨在通過所有組件和系統(tǒng)ESD壓力測試，同時(shí)對外部EMI干擾免疫，無論是否添加外部組件（例如扼流圈），并且處于最優(yōu)的裸片區(qū)域內(nèi)。所有這些創(chuàng)新構(gòu)成物理層進(jìn)一步集成（系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片（SBC）、ASSP、ASIC）的可靠性的基礎(chǔ)。這些限制條件相互組合，是IC架構(gòu)的基礎(chǔ)所在，從而成功通過最終驗(yàn)收。

        本文選自電子發(fā)燒友網(wǎng)7月《汽車電子特刊》Change The World欄目，轉(zhuǎn)載請注明出處！