CAN SIC知多少——新一代车载网络协议你用了没?

来源:纳芯微 #纳芯微#
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日前,纳芯微宣布推出基于其自研创新型振铃抑制专利的车规级CAN SIC(信号改善功能,Signal Improvement Capability)NCA1462-Q1。

NCA1462-Q1在满足ISO 11898-2:2016标准的前提下,进一步兼容CiA 601-4标准,可实现8Mbps的传输速率,比当前主流的CAN FD车载通信方案有着显著优势。

此次,趁纳芯微新品发布之际,我们邀请到了纳芯微技术市场经理陈章杰,围绕CAN SIC的相关话题进行了探讨。

为什么要开发CAN SIC?

随着自动驾驶和区域控制概念的兴起,ECU彼此间进行了大量的整合与集成,这意味着更高的集成度,更多的节点数,更复杂的星型拓扑,以及更高的传输速率。

这给CAN FD总线带来了巨大挑战——即在更复杂的星型拓扑网络中,由于高传输率及复杂的拓扑的转变下,会出现严重的振铃,从而带来误码率的提高,影响信号传输。

目前CAN FD标准号称定义到5Mbps,但在实际应用中很难达到2Mbps以上。尽管客户希望提速,但是为了信号完整性,往往要牺牲速率,缩小节点规模,以减少振铃带来的影响。

CAN SIC则可轻松解决这一矛盾。

CAN SIC如何降低振铃?

要看CAN SIC的原理,首先要看振铃的形成原因。

振铃是指在CAN总线的通信过程中,由于阻抗不匹配导致的信号反射等原因,使得信号在传输线上多次反射,进而产生的一种振荡现象。更高的通讯速率意味着更窄的位宽时间,当前CAN FD的2Mbps相比以前HS CAN的500kbps位宽时间由2000ns缩短为500ns。同样强度的振铃干扰,在更高的通讯速率下,由于位宽时间过短不足以使其衰减到隐性差分电压的判定阈值以下,从而更容易导致通讯错误。

为了解决这一问题,2019年,CAN FD SIC (Signal Improvement Capability)信号增强版标准CiA (CAN in Automation) 601-4发布,通过抑制振铃,从而匹配现代域控和高速通信系统的要求。

与CAN FD相比,CAN SIC的优化主要体现在驱动电路上,其增加了一个强驱电路。如上所述振铃往往发生在从显性到隐形状态,因此,可以在该转换过程中增加一个额外的强驱电路,以控制总线电平的切换斜率,从而确保数据不出错。

CAN SIC或将成为主流标准之一

“无论哪项标准的制定,都是为了符合当时的需求,每一代都有自己的使命,也都会在演进过程中不断完善。”陈章杰说道。

CAN总线经历了多个标准。最早由德国博世于1980年代发明,第一个使用CAN总线通讯协议的量产车型是1991年的奔驰S级轿车,至今CAN总线依旧是车内主要的通讯总线。随着汽车电子智能化加速,CAN总线也进一步升级,2003年CAN总线升级为HS CAN,但还是基于第一代技术。2011年第二代CAN总线CAN FD开始研发,2015年CAN FD标准即ISO11898发布,2019年,CAN FD SIC (Signal Improvement Capability)信号增强版标准CiA (CAN in Automation)601-4发布,2021年CAN FD的轻量级版本CAN FD Light 标准CiA 604-1发布。2021年12月,第三代CAN总线即CAN XL标准CiA 610-1发布,但还未完全落地。

陈章杰表示:“在当年情况下,对于CAN总线的需求是提速,并没有太多的复杂拓扑需求,因此并不存在振铃问题。而随着复杂拓扑与高速率的需求增长,CAN FD无法满足,因此CiA 601-4孕育而生。”

另外,对于下一代CAN XL而言,依然需要解决振铃问题,CAN SIC也可以为提速和多节点复杂通信做好提前铺垫。

CAN SIC除了要解决CAN FD目前的问题之外,还有一大使命,就是要应对以太网的竞争。如今车载骨干网络已经以太网化,但是控制端目前还没有落地,考虑到其成本和厂商在软件或其他方面的适配,CAN依然是未来的主导之一。

陈章杰强调,CAN SIC的演变比预想的还要快,“随着域控和区域架构概念的普及,CAN SIC的认可度不断提升,越来越多的主机厂开始逐渐接纳这一技术。相信在未来,CAN SIC将大有可为。”

纳芯微如何开发的CAN SIC

纳芯微的CAN SIC实测传输速率可达10Mbps,已经完全满足CiA 8Mbps的规范要求。

陈章杰表示,CAN SIC开发最大的挑战其实是驱动架构和EMI架构的兼容,单纯做好驱动电路并不难,但是会牺牲其他方面的性能,尤其是EMI这种非线性关系的处理。

“芯片设计本身就是一个权衡取舍的问题。”陈章杰补充道,除了要关注EMI之外,成本也是一大考量。纳芯微的产品性能不输于国外厂商,同时还要更有性价比,因此还需要在设计上不断优化,从而用更小的面积(更低的成本)实现更高的性能。“另外,产品本身是一方面,更重要的是应该从系统角度出发开发产品。”包括EMI、ESD等约束,以及成本的优化等等方方面面。

陈章杰还强调,纳芯微一直以来深耕IP的开发,在CAN SIC开发过程中诞生了诸多发明专利,并将其IP化,与其他产品组合共享,打通了底层研发的平台。“对于芯片而言,核心竞争力之一就是IP,纳芯微也正围绕这些核心IP进行持续开发与优化打磨,形成一套完整的路线图。”陈章杰补充道。

详解纳芯微的CAN SIC新品

纳芯微NCA1462-Q1基于创新的专利架构对EMI进行了优化设计,依照IEC62228-3标准进行测试,完全符合要求。

NCA1462-Q1通过优化电路结构及版图面积实现了超±8kV ESD性能,既能从容应对在汽车行驶过程中突发的静电放电威胁,提供更可靠的电路保护,又能实现器件成本的优化。凭借超高的EMC/ESD性能,NCA1462-Q1还可在部分设计中帮助工程师省去外围电路中的共模电感或TVS管。此外,更加灵活、低至1.8V的VIO设计可进一步节省系统中LDO或者电平转换的使用,帮助工程师降低整体成本。

NCA1462-Q1的总线故障保护电压在CAN Low和CAN High中都可以达到±58V,真正做到了高耐压,从而帮助客户降低击穿风险。

另外,值得一提的是,在CAN SIC中,EMI可以细分为显性EMI和隐性EMI,比如某些产品显性EMI做得好,某些产品的隐性EMI好,纳芯微则是通过取长补短的手段,实现了显性和隐性EMI的全面优化。

提前布局,做市场的引领者

CAN SIC市场前景相对明朗,但截止目前,无论是国际还是国内厂商,能够提供CAN SIC芯片的供应商都不多。

“就目前时间点而言,虽然CAN SIC的需求比较明确,但产品也不可能突然遍地开花,需要一个循序渐进的过程。”陈章杰说道。

陈章杰同时表示,无论是CAN收发器还是CAN SIC,纳芯微一直都是根据市场需求与预判进行提前布局,定义完整的产品及路线图。也正因此,纳芯微成为了最早一批量产CAN SIC的厂商。

另一方面,尽管CAN SIC还处于“蓝海”市场,但是前一代CAN收发器的市场竞争已经相当激烈,纳芯微为何还要杀入这一市场呢?陈章杰表示,作为汽车主要的总线技术,其市场容量非常之大,每辆车上就需要数十颗之多,市场始终处于高需求状态。而且,陈章杰说道:“CAN接口貌似简单,但是要做好确实有一定的门槛,作为通用物料而言,最能考验公司的能力,这其中会包括成本控制,市场覆盖,研发实力,供应链等等。”

也正因此,CAN接口是非常适合切入汽车市场的产品之一。“所以我们看到越来越多的友商进入这一市场,但是说实话如果要做到各方面性能指标都高标准,还是有一定门槛的。”陈章杰表示。

陈章杰表示,纳芯微既立足本土,同时也是面向全球的芯片供应商,随着国产芯片实力的加强,很多海外客户也在看中国的供应商,纳芯微的产品无论在性能、性价比、技术支持等方面都已经获得了全球主要客户的认可和采用。“我们既然面向全球市场,就必须要以更高的标准定义产品。”

面对激烈的市场竞争,“短期而言,价格决定一切,而从长远来看,客户更在乎的是合作伙伴持续降本,以及持续优化运营的能力,并不能单纯靠价格战取胜。”陈章杰强调道。

面向未来的CAN XL

作为CAN CiA的成员之一,纳芯微也在积极评估CAN XL的发展。但陈章杰也坦言,CAN XL还在规划中,尚无明确的时间节点,并且也依赖于目前CAN SIC的市场普及和认可度。

“一旦客户和市场完全认可CAN SIC的价值,并逐步应用于复杂星型拓扑与高速率场景中,一定会打消客户升级换代的顾虑。”陈章杰乐观地表示。

责编: 爱集微
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