CAN和能源效率 - CAN 收發(fā)器的聚合挑戰(zhàn)，飛思卡爾有妙招

　　CAN和能源效率

　　由于CAN標(biāo)準(zhǔn)的演變和創(chuàng)新，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)級(jí)的電流和功耗管理。在汽車(chē)中未使用時(shí)通過(guò)禁用和激活低功耗模式，可以降低和優(yōu)化整個(gè)系統(tǒng)的電流消耗。當(dāng)然在必要情況下，ECU應(yīng)當(dāng)恢復(fù)運(yùn)行。

　　如圖所示，可以分析2個(gè)ECU、汽車(chē)泊車(chē)輔助和電子泊車(chē)制動(dòng)的運(yùn)行。當(dāng)汽車(chē)的運(yùn)行速度超過(guò)一定數(shù)值時(shí)（比如數(shù)千公里/小時(shí)），這些ECU就不再需要工作了。此時(shí)，這些ECU可以自行設(shè)置為低功耗模式，它們通過(guò)CAN網(wǎng)絡(luò)和CAN報(bào)文接收車(chē)輛速度。當(dāng)速度大于預(yù)先設(shè)定的閾值，這些ECU可以主動(dòng)設(shè)置為低運(yùn)行模式，禁用或關(guān)閉線(xiàn)路板組件（例如MCU或負(fù)載驅(qū)動(dòng)器）的電源。只需最少的IC保持激活狀態(tài)，用于監(jiān)控CAN總線(xiàn)流量并檢測(cè)特定的CAN報(bào)文或CAN的部分報(bào)文，它可以指示何時(shí)給暫停運(yùn)行的IC重新上電，以便指示這些ECU它們應(yīng)該恢復(fù)運(yùn)行。

　　這有助于汽車(chē)整體功耗的降低和優(yōu)化。

　　可以通過(guò)在與CAN總線(xiàn)相連的CAN收發(fā)器內(nèi)部執(zhí)行CAN報(bào)文檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)這種操作。這被稱(chēng)為CAN局部網(wǎng)絡(luò)或CAN選擇性喚醒。

　　挑戰(zhàn)在于，通過(guò)極低功耗（目標(biāo)低于500 uA）能夠解碼輸入的CAN幀，在CAN物理層內(nèi)以最低成本獲得完整的局部網(wǎng)絡(luò)，且不使用精確的振蕩器組件（例如晶體振蕩器或共振器）。需要提醒的是，MCU內(nèi)部的CAN控制器采用極為準(zhǔn)確的時(shí)鐘，其測(cè)量的精度和偏差均可達(dá)到ppm級(jí)。顯然，這樣的時(shí)鐘精度在硅片中還不能實(shí)現(xiàn)。

　　然而，CAN報(bào)文和解碼只需要“百分比”量程的時(shí)鐘。因此，憑借創(chuàng)新的技術(shù)和解決方案，這些方案可在混合信號(hào)硅工藝中完成，CAN報(bào)文的集成可以實(shí)現(xiàn)，從而用于CAN收發(fā)器功能。

　　這些解決方案采用高精度模擬功能（例如低功耗精確振蕩器、低電流差分接收器、低功耗基準(zhǔn)電壓和偏置電路），并且與數(shù)字CAN報(bào)文解碼器相互結(jié)合，以便實(shí)現(xiàn)輸入CAN報(bào)文的解碼。然后，輸入CAN報(bào)文與預(yù)先選擇的報(bào)文進(jìn)行比較，收發(fā)器喚醒，并且驅(qū)動(dòng)ECU恢復(fù)運(yùn)行。

　　此外還面臨著多種EMC挑戰(zhàn)，盡管汽車(chē)中存在射頻干擾和電氣瞬變，CAN幀仍然需要正確解碼。只有電路在極低電流下運(yùn)行（大約十分之一微安），才能實(shí)現(xiàn)整體500微安的功耗目標(biāo)，這變成了一項(xiàng)真正的實(shí)施挑戰(zhàn)。

　　下圖所示為CAN局部網(wǎng)絡(luò)功能的典型結(jié)構(gòu)圖，采用市場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)引腳配置?；疑娇蚴荂AN PN運(yùn)行期間工作的部分，總計(jì)所需電流低于500微安。

        執(zhí)行局部網(wǎng)絡(luò)功能的CAN收發(fā)器結(jié)構(gòu)圖

　　下表歸納了日后CAN收發(fā)器升級(jí)版的CAN FD的主要技術(shù)限制和影響。

　　技術(shù)匯總

　　在正常運(yùn)行時(shí)，如ISO11898-2中所述，主要影響在于滿(mǎn)足EMC技術(shù)規(guī)范的前提下， 滿(mǎn)足CAN FD時(shí)不會(huì)降低相應(yīng)的要求。

　　在局部網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行中，如ISO11898-6所述，CAN FD不可干擾CAN輸入報(bào)文檢測(cè)，CAN PN收發(fā)器應(yīng)當(dāng)是“被動(dòng)的可變速率”的。通過(guò)恰當(dāng)檢測(cè)CAN幀間間隔且適當(dāng)區(qū)分快速數(shù)據(jù)段，可以達(dá)到上一目標(biāo)。

　　常規(guī)數(shù)據(jù)幀和可變速率幀的對(duì)比

        創(chuàng)新的反向集成

　　抗輻射和抗干擾、ESD穩(wěn)健性、低功耗和CAN高速通信的更高波特率之間獲得理想的權(quán)衡取舍，需要通過(guò)對(duì)模擬IC的每一種物理現(xiàn)象加以深入分析才能實(shí)現(xiàn)，正確的數(shù)據(jù)交互也同樣如此。

　　市場(chǎng)向更高波特率的演變需求對(duì)期間的抗輻射和抗干擾水平產(chǎn)生了影響。這些要求需要在前期定義時(shí)就加以考慮，以便在提高性能的同時(shí)，不會(huì)降低可靠性。

　　飛思卡爾MC33901和MC34901 CAN FD收發(fā)器芯片擁有的高可靠性、極低的待機(jī)功耗，使得它在眾多產(chǎn)品中獨(dú)樹(shù)一幟。飛思卡爾CAN物理層收發(fā)器擁有四個(gè)不同的型號(hào)，可以解決汽車(chē)（MC33901）和工業(yè)（MC34901）市場(chǎng)的各種挑戰(zhàn)，提供配置或不配置總線(xiàn)喚醒選項(xiàng)（W版或S版）。

　　關(guān)于CAN PN，物理層需要模擬收發(fā)器的結(jié)構(gòu)具有很低的功耗，這樣可以抵御外部潛在的噪音干擾。再次聲明，噪聲模型與設(shè)計(jì)架構(gòu)之間的一致性可以支持物理層擁有同樣水平的EMC性能前提下，降低物理層收發(fā)器的功耗。

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