2.1 TI Precision Labs - CAN/LIN/SBC: CAN and CAN FD Overview

大家好！ 欢迎观看有关通常称为 CAN 通信的控制器局域网通信的 TI 高精度实验室视频。 该视频将介绍CAN 收发器 用于通过 CAN 总线进行通信的方法， 尤其是在汽车应用中。 该介绍性视频将包括 CAN 概述、标准简介、物理层 介绍以及对不同CAN 协议的论述。 这是典型的汽车车身网络示例。 汽车中的中央车身控制装置 或任何类似的主器件需要 与汽车中其他通常远离主器件 本身的器件进行通信， 以完成各种任务。 此处以蓝色显示的 CAN 总线 允许组件在汽车中彼此无缝通信。 以黄色显示的 LIN 总线允许进一步扩展到 外围器件。 例如，使用该总线网络，空调系统 可以与电动座椅系统相连接，以激活 座椅加热器，或者控制单元 可以在踩下制动踏板时 激活制动灯。 该总线层次结构设计可以节省线路成本。 线路是汽车中最昂贵的部件之一。 它很重并且通常手工组装。 因此，线路对汽车的整体生产成本具有 直接的影响。 汽车设计人员使用 CAN 来最大程度地减少汽车中的 线路，从而降低制造成本并提高燃油效率。 CAN 是当今汽车中使用的主要总线。 它使电动座椅、车门模块和 空调单元等不同的模块能够相互通信。 具有灵活数据速率的 CAN 或 CAN FD 是通过该总线进行通信的最常用的方法。 CAN 和 CAN FD实现差分两线制 接口。 传统 CAN 的运行速率最高为 1 兆位/秒，而 CAN FD 的运行速率最高为 5 兆位/秒。 LIN 是以较低数据速率运行的子总线。 CAN 标准为多点总线应用中的 异步串行通信定义了协议和 物理层。 每个节点由一个 MCU 中的一个 CAN 收发器和一个 CAN 控制器构成。 传统 CAN 通过差分总线以高达 1 兆位/秒的 数据速率进行通信，而具有灵活数据速率的 CAN 以高达 5 兆位/秒的数据速率进行通信。 CAN 专为与双绞线电缆配合使用而设计。 网络应采用总线拓扑结构进行布线，从而 尽可能限制末梢区域数量。 用于 CAN 和 CAN FD 的总线的两端应使用与 网络阻抗匹配的电阻器 正确端接。 正确的端接有助于减少等信号完整性问题， 例如反射。 如果从总线中移除 节点，则设计人员在选择放置端接电阻器的位置时 必须格外小心。 可以通过不同的方法实现端接。 标准端接在总线的两端各使用一个 端接电阻器。 一种替代方法是分裂端接， 如右图所示，它可以改善 信号完整性和电磁发射特性。 它还可以消除总线 共模电压电平的波动， 同时保留差分波动。 采用双绞线布线的 CAN 总线 拓扑通常具有 120欧姆的特性阻抗。 因此，正确的端接通常需要使用 120 欧姆的 端接电阻器。 由于 CAN 网络将CANH 和 CANL 连接至 VCC 和接地等电源，因此端接 电阻器的额定功率 应考虑网络中CAN 收发器的 短路电流保护。 CAN 是两线制差分信号。 差分电压VD 是高侧信号 CANH 与低侧信号 CANL 之差。 逻辑值 1由低 VD 表示， 称为隐性状态。 逻辑值 0由高 VD 表示， 称为显性状态。 驱动器可以主动将总线拉至显性状态， 但在没有驱动器驱动显性信号时， 总线只能通过端接电阻器上的 耗散被动返回至隐性状态。 我们将在标题为CAN 物理层和硬件的 TI 高精度实验室视频以及标题为 CAN 协议和 CAN FD 的TI 高精度实验室视频中 论述显性和隐性状态的特性及其 对消息仲裁的影响。 汽车 CAN 接口由 ISO11898 标准 规定，该标准包括六个部分。 每个部分论述此处显示的 CAN 的某个 特定方面。 例如，第二部分称为 ISO11898-2， 其中论述高速CAN 的 CAN 物理层。 第五部分在第二部分概述的 要求中增加了低功耗模式要求。 第六部分概述了部分联网要求。 ISO11898 标准中使用的命名 约定与汽车制造商经常使用的术语类似。 很多时候，汽车制造商会使用低速、 中速和高速等术语来描述 CAN 数据速率。 这些名称可能相对任意，甚至 在不同的汽车制造商之间可能有所不同。 可以理解的是，由于 ISO 标准使用 类似的命名规则，因此这些名称可能会引起混淆。 低速容错 CAN称为 LSFT CAN， 由 ISO11898 的第三部分定义， 它以最高 125千位/秒的速度 运行，该速度类似于上面显示的汽车 低速 CAN 定义。 不过，对于所有这三种汽车制造商 数据速率定义，大多数汽车制造商 实际上在实施高速CAN 或 HS CAN，它们 通常以最高 1兆位/秒的速度运行， 由 ISO11898 的第2、5 和 6 部分定义。 请注意，高速CAN 完全覆盖了 低速容错 CAN 的工作范围。 TXD 和 RXD 超时时间将 CAN 收发器的低端范围限制为 10 至 40 千位/秒。 当前，许多汽车使用传统高速或 HS CAN。 具有灵活数据速率的 CAN 或 CAN FD 是对传统CAN 的增强， 能将可用宽带增加至高达 5 兆位/秒。 还有许多其他基于 CAN 的更高层 标准和协议，它们决定着各种应用， 包括航空、农业、嵌入式控制、 工业自动化、军事、船舶和 安全关键型应用。 这些标准建立在本演示概述的 ISO11898 标准基础之上，其中许多 标准具有决定电磁兼容性 和静电放电要求的其他测试标准。 要查找更多 CAN和 CAN FD 技术资源 以及搜索 CAN 和 CAN FD产品，请访问 ti.com/CAN。 此外，务必观看我们其他有关 CAN、LIN 和 SBC 的 TI 高精度实验室视频。