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从CAN到CAN FD:这可能是“降本增效”的最佳方式!

日期: 2019-08-28
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智能网联浪潮的加速,令如今的汽车CAN总线面临着越来越大的压力。作为最高传输速率仅为1Mbit/s的CAN总线技术(通常汽车CAN系统的实际使用速率最高为500kbit/s),已难以承受因大量增加ECU和外部设备所造成的总线高负载率及网络拥堵压力。但要实现汽车的智能网联,ECU以及外部单元的增加不可避免,要提升整个系统的效率,从CAN总线的角度去提升数据及信息传输的可靠性和实时性成为一条“曲线救国”的路径。

这也为CAN FD的出现奠定了前期基础,事实上,如今CAN FD的需求主要来源出发点还是外部大量的ECU单元,在近日于TI深圳办公室举办的(SBC)TCAN4550-Q1新品发布会上,德州仪器(TI)接口产品部门产品线经理Charles(Chuck)Sanna表示:“ECU更多是为了配合现在汽车更加智能化,像ADAS,撇开音视频数据,控制的数据量是在大幅度增加的,这里就需要CAN FD在ADAS里的应用,再如HEV(混合动力汽车)以及汽车电机相关的领域,除了要求速率高以外,还要有更多的CAN的接口。我们先进的汽车的OEM需求是从智能化、电动化这两个角度出发,就需要未来的BUS架构从传统的CAN切换到CAN FD的需求。总的来讲,还是从内需导致了芯片方案商在改变我们的发展方向。”

从CAN到CAN FD:传统架构或已“落伍”

从三个维度来看,传统的CAN跟CAN FD的差异首先在于传输速率方面,Charles(Chuck)Sanna现场总结到:“传统的CAN速率大概是1Mbps,而CAN FD大概是5Mbps,可以达到64个字节;另外,CAN FD可以向下兼容CAN,不需要一系列的调整,但CAN是没有办法往上兼容CAN FD;最后,我们现有的解决方案跟CAN FD的解决方案,可以帮助客户减小PCB的尺寸和成本。”

而这一系列全新特性,也使得现有架构和设计方法逐步“落伍”,因为厂商若仍旧采用现有架构,尽管大多数的MCU都不会损耗CAN FD的高速率,但因其传输速率最高值仅能达到1Mbps,这也会极大的限制CAN FD潜力的发挥,成为现今有些ADAS或者其他的Prochain数据量很大场景的瓶颈所在;另一方面,为了升级至或扩展CAN FD功能,如果照搬过去的设计方法,设计师也不得不在其设计中整合多个分立的组件或彻底修改微控制器,通常来说这是一项既耗时又成本高昂的工程。

对此,Charles(Chuck)Sanna表示:“传统的MCU或者传统的程序实际上并不具备支持CAN FD的功能,绝大多数都是支持SPI,如果想要把传统架构更新到能够支持高速率的CAN FD,最直接的方式就是改变MCU,但是这个成本可能会比较高。因为现在很多应用中需要多个CAN FD,多个数据传输,比如目前绝大多数的新能源汽车中,可能有CAN FD的控制器,或者一至两个pot(接口),如果扩展到3-5个情况下,因为成本原因,无限多地加MCU明显不是最优的方案。”因为这样只会加剧成本高企的问题。

“降本增效”的新途径

这种情况下,最好的方式是单独增加一个CAN FD的功能,比如可以通过SPI增加一个TI最新集成了CAN FD控制器和收发器的系统基础芯片TCAN4550-Q1,这样传统的MCU或者process通过SPI和TCAN4550-Q1的对接,速率都可以得到提高,同时成本上也更加经济,对于方案集成商来说,无疑是一个“降本增效”的好手段。

德州仪器(TI)接口产品部门系统工程师Richard Hubbard表示:“这种方式确保了不需对现有的架构进行太大的改变,也不需要更换MCU,只要把软件架构层重新进行升级更新,便能使现有的架构切换到高数据量的通信。从而最优化的实现客户真正需要的功能,同时成本会便宜很多。与此同时,客户仍旧可以用MCU所包含的CAN FD控制器,再去外部做一个CAN,这样整个架构也能达到要求,也没有增加MCU的成本。”

这种“降本增效”的效果如何实现的?Charles(Chuck)Sanna表示:“这款芯片可以让PCB尺寸减少50%,它把Watchdog,LDO、CAN FD控制器,还有CAN FD收发器四样都集成在里面,事实上这些用在外部的分立器件的话,可能还需要电阻电容之类去做一些解耦(decouple)。相比我们这款产品,友商的产品只是包含了一个控制器,仍旧需要一些收发器模拟器在外部,如果想要增加一个Watchdog,那么就必须要增加第三个器件,或者说要一个LDO,就会增加第四个器件,它整体的成本又会进一步提升。总之,我们的TCAN4550-Q1把Watchdog、LDO和控制器、收发器都合在里面了,这样整个接口就比较简单了,成本更加经济的同时,我们的SBC还支持了汽车在组装期间能够基于8 Mbps最高数据传输率来更快速地编写汽车软件程序,超越了CAN FD协议的5 Mbps最高数据传输率,是一款非常高性价比的解决方案。”

     小结

从之前毫米波雷达芯片的AoP(Antenna-on-Package)技术到如今集Watchdog,LDO、CAN FD控制器以及收发器于一身的SBC芯片,可以注意到,TI在芯片的高度集成化方面拥有自己非常独到的创新力。而这种优势,也将成为TI接下来持续引领汽车、工业等芯片市场,为OEM以及方案集成商们打造超高性价比芯片的“杀手锏”,以及TI的产品打出市场“差异化”的源泉。


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