ZHCAAO9 March 2020 ISO7741E-Q1
在汽車(chē)應(yīng)用中，控制器局域網(wǎng)靈活數(shù)據(jù)速率 (CAN FD) 已經(jīng)成為大多數(shù)汽車(chē)制造商公認(rèn)的實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)。毫無(wú)疑問(wèn)，CAN FD 比傳統(tǒng) CAN 更高的速率可實(shí)現(xiàn)更快的數(shù)據(jù)通信，從而支持更高的帶寬、更低延遲的信息傳遞或更多的 CAN 總線節(jié)點(diǎn)。此外，在混合動(dòng)力電動(dòng)汽車(chē) (HEV) 和電動(dòng)汽車(chē) (EV) 中不同的電壓域之間使用 CAN 通信時(shí)，通常會(huì)使用數(shù)字隔離器來(lái)幫助保護(hù)低壓側(cè)免受高壓側(cè)影響和提高抗噪性能。
由于 CAN 協(xié)議具備優(yōu)先級(jí)劃分和仲裁能力，非常適合帶式起動(dòng)發(fā)電機(jī)、牽引逆變器和電池管理系統(tǒng)等時(shí)間關(guān)鍵型應(yīng)用，因此是汽車(chē)應(yīng)用中的優(yōu)先選擇。所以，在為系統(tǒng)選擇合適的器件時(shí)，CAN 器件的時(shí)序規(guī)格變得非常重要。表 1-1 顯示了在設(shè)計(jì)符合 ISO 11898-2:2016 高速 CAN 規(guī)范的物理層要求的系統(tǒng)時(shí)需要考慮的主要規(guī)格。
| 參數(shù) | 最小值 | 最大值 | |
|---|---|---|---|
| tPROP(LOOP1) | 總循環(huán)延遲、驅(qū)動(dòng)器輸入 (TXD) 至接收器輸出 (RXD)、隱性狀態(tài)至顯性狀態(tài) | 255ns | |
| tPROP(LOOP2) | 總循環(huán)延遲、驅(qū)動(dòng)器輸入 (TXD) 至接收器輸出 (RXD)、顯性狀態(tài)至隱性狀態(tài) | 255ns | |
| tBIT(BUS) | tBIT(TXD) = 500ns 時(shí) CAN 總線輸出引腳上的位時(shí)間（對(duì)于 2Mbps CAN FD） | 435ns | 530ns |
| tBIT(TXD) = 200ns 時(shí) CAN 總線輸出引腳上的位時(shí)間（對(duì)于 5Mbps CAN FD） | 155ns | 210ns | |
| tBIT(RXD) | tBIT(TXD) = 500ns 時(shí) RXD 輸出引腳上的位時(shí)間（對(duì)于 2Mbps CAN FD） | 400ns | 550ns |
| tBIT(TXD) = 200ns 時(shí) RXD 輸出引腳上的位時(shí)間（對(duì)于 5Mbps CAN FD） | 120ns | 220ns | |
圖 1-1 和圖 1-2 顯示了用于測(cè)量 CAN 收發(fā)器上述參數(shù)的測(cè)試設(shè)置。圖 1-1 顯示了如何測(cè)量從驅(qū)動(dòng)器輸入 (TXD) 到接收器輸出 (RXD) 的總環(huán)路延遲。該測(cè)量過(guò)程是在隱性到顯性狀態(tài)（如 tPROP(LOOP1) 所示）和顯性到隱性狀態(tài)（如 tPROP(LOOP2) 所示）下完成的。圖 1-2 測(cè)量了通過(guò)發(fā)送器傳播到輸出端再通過(guò)接收器傳回到接收器輸出端的位寬變化。
圖 1-1 tPROP(LOOP)測(cè)試電路與測(cè)量
圖 1-2 CAN FD 位時(shí)序參數(shù)測(cè)量0 級(jí) CAN FD 收發(fā)器 TCAN1044EV-Q1 等 CAN 器件可以在 -40°C 至 150°C 的溫度范圍內(nèi)滿足相關(guān)要求，如表 1-2 中所示。
| ISO 11898-2:2016 | TCAN1044EV-Q1 | |||
|---|---|---|---|---|
| 參數(shù) | 最小值 | 最大值 | 最小值 | 最大值 |
| tPROP(LOOP1) | 255ns | 210ns | ||
| tPROP(LOOP2) | 255ns | 210ns | ||
tBIT(BUS) 2Mbps CAN FD | 435ns | 530ns | 460ns | 510ns |
tBIT(BUS) 5Mbps CAN FD | 155ns | 210ns | 160ns | 210ns |
tBIT(RXD) 2Mbps CAN FD | 400ns | 550ns | 445ns | 515ns |
tBIT(RXD) 5Mbps CAN FD | 120ns | 220ns | 145ns | 215ns |
對(duì)于 CAN 收發(fā)器與微控制器之間需要隔離的應(yīng)用，只考慮 CAN 收發(fā)器時(shí)序性能還不夠。另外還務(wù)必要考慮與 CAN 收發(fā)器串聯(lián)的數(shù)字隔離器的時(shí)序性能，從而確保該雙芯片解決方案仍能滿足時(shí)序規(guī)格要求。隔離器數(shù)據(jù)表中提供了傳播延遲和脈寬失真規(guī)格。
例如，0 級(jí) ISO7741E-Q1 的這些時(shí)序規(guī)格如表 1-3 中所示：
| ISO7741E-Q1（-40°C 至 +150°C） | |||
|---|---|---|---|
| 參數(shù) | 最小值 | 最大值 | |
| tPLH、tPHL | 傳播延遲時(shí)間 | 6ns | 16.5ns |
| PWD | 脈寬失真 |tPHL – tPLH| | 4.9ns | |
根據(jù)數(shù)字隔離器和 CAN 收發(fā)器各自的時(shí)序規(guī)格，可以按如下所示計(jì)算合并數(shù)據(jù)（如圖 1-3 和圖 1-4 中所示）：
從驅(qū)動(dòng)器輸入到接收器輸出的總環(huán)路延遲：CAN 環(huán)路延遲 + 2 x 隔離器傳播延遲時(shí)間
圖 1-3 隔離式 CAN 系統(tǒng)的總環(huán)路延遲總線輸出引腳上的最小位時(shí)間 = 最小 CAN tBIT(BUS) 時(shí)間 - 最大隔離器脈寬失真?？偩€輸出引腳上的最大位時(shí)間 = 最大 CAN tBIT(BUS) 時(shí)間 + 最大隔離器脈寬失真。接收器輸出引腳上的最小位時(shí)間 = 最小 CAN tBIT(RXD) 時(shí)間 - 2 x 最大隔離器脈寬失真。接收器輸出引腳上的最大位時(shí)間 = 最大 CAN tBIT(RXD) 時(shí)間 + 2 x 最大隔離器脈寬失真。
圖 1-4 隔離式 CAN 的總位時(shí)間根據(jù)上述公式，雙芯片隔離式 CAN 解決方案的合并時(shí)序參數(shù)規(guī)格如表 1-4 中所示。
| ISO 11898-2:2016 | ISO7741E-Q1 + TCAN1044EV-Q1 （-40°C 至 +150°C） | |||
|---|---|---|---|---|
| 參數(shù) | 最小值 | 最大值 | 最小值 | 最大值 |
| tPROP(LOOP1) | 255ns | 243ns | ||
| tPROP(LOOP2) | 255ns | 243ns | ||
tBIT(BUS) 2Mbps CAN FD | 435ns | 530ns | 455.1ns | 514.9ns |
tBIT(BUS) 5Mbps CAN FD | 155ns | 210ns | 155.1ns | 214.9ns |
tBIT(RXD) 2Mbps CAN FD | 400ns | 550ns | 435.2ns | 524.8ns |
tBIT(RXD) 5Mbps CAN FD | 120ns | 220ns | 135.2ns | 224.8ns |
從該表格中可以清楚看到，與 0 級(jí) CAN FD 收發(fā)器 TCAN1044EV-Q1 搭配使用時(shí)，0 級(jí)隔離器 ISO7741E-Q1 可滿足 ISO 11898-2:2016 規(guī)范高達(dá) 2Mbps CAN FD 的速率要求。
本文討論了重要的時(shí)序規(guī)格和相關(guān)的計(jì)算示例，用于確定所選的分立式隔離器和 CAN 收發(fā)器是否符合相應(yīng)的 CAN 標(biāo)準(zhǔn)。預(yù)先選擇合適的元件將能夠確保 CAN 系統(tǒng)正常工作并加快量產(chǎn)速度。