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        CAN FD的波特率到底能跑多快?

        作者:ZLG致遠電子 時間:2018-08-24 來源:電子產(chǎn)品世界 收藏

          眾所周知, FD是基于 2.0的升級版協(xié)議,為了滿足汽車電子日益增長的高帶寬和高傳輸速率的要求, FD主要升級了以下幾個方面:

        本文引用地址:http://www.104case.com/article/201808/391080.htm

          一、更高的傳輸

          圖 1 可變數(shù)據(jù)段結(jié)構(gòu)

          CANFD速率包含兩個段的速率,一個是仲裁段和ACK段,沿用CAN2.0的規(guī)范,最高速率為1Mbit/s,中間的數(shù)據(jù)段是可以加速的,標(biāo)稱可以達到5Mbit/s,甚至更高。

          二、更高效的數(shù)據(jù)段

          對于汽車電子來說,對車輛動力系統(tǒng)、地盤以及主被動系統(tǒng)來說,加長的數(shù)據(jù)段避免了數(shù)據(jù)非必要的拆分,大大提升了CAN幀的傳輸效率。

          圖 2 CAN FD高效的數(shù)據(jù)段

          三、更可靠的CRC校驗和額外的控制位

          在傳統(tǒng)的CAN 2.0中,由于填充規(guī)則會對CRC產(chǎn)生干擾,在CAN FD中升級了算法,將填充位加入多項式的運算,主要作為格式檢查,考慮數(shù)據(jù)長度變化的區(qū)間很大,CRC也根據(jù)區(qū)間會生成兩種校驗算法,當(dāng)幀長小于210位,使用CRC_17,當(dāng)幀長小于1023位,使用CRC_21位算法。

          圖 3 可靠的CRC校驗

          另外在CAN FD中利用了部分保留標(biāo)志位,新增三種控制位,包括EDL(是否是CANFD幀)、BRS(是否可變速率)以及ESI(錯誤狀態(tài)),豐富幀內(nèi)的有用信息。

          圖 4 新增控制位

          接下來我們回到正題,升級后的CAN FD到底能跑多快呢?直接講參數(shù)很膚淺的,我們要分析......那我們就用一個問題開始,大家都知道CAN 2.0最高速率可以到1M,但是為什么汽車電子高速CAN只跑到500K呢?

          對于CAN總線的傳輸速率來講,傳輸距離和傳輸速率是成反比的,一般來說傳輸距離(m)=(50000/kbps)*0.8,如圖 5所示。

          圖5 傳輸距離和傳輸速率的關(guān)系

          那收發(fā)器和傳輸距離到底關(guān)系何在?剛才提到,收發(fā)器輸出是電平值,電平在傳輸?shù)倪^程中難免衰減,線纜本身的阻抗和容抗無法避免,其次首尾終端電阻也是必要的,主要有兩個功能:

          ?首尾120歐姆終端電阻,保證阻抗連續(xù)性(防止電信號反射);

          ?放電作用;

          針對終端電阻放電作用,我們下面從兩個層面分析:

          ?電平傳輸層面分析

          圖 6 CAN FD波形

          我們先來看一個CANFD分解波形,其中是由顯隱性電平構(gòu)成的,其中上升沿是由CAN收發(fā)器芯片本身驅(qū)動的。當(dāng)顯性電平轉(zhuǎn)變?yōu)殡[形電平的時候,需要終端電阻放電,所以下降沿是我們的終端電阻放電的造成的。

          圖 7 負載電阻與差分幅值的關(guān)系

          如果下降沿緩慢是什么原因?qū)е?

          ?檢查收發(fā)器外圍電路是否存在容性較大的器件(不影響電路正常工作的情況下拆除),重新測試波形是否正常;

          ?檢查線纜的參數(shù),每米容抗是否在正常范圍內(nèi),正常線纜電容在40-70pF/m,容抗太大,建議更換線纜;

          ?增加終端電阻放電,建議采用專業(yè)設(shè)備測試網(wǎng)絡(luò)阻抗容抗做正確匹配。

          圖8 CANscope總線阻抗容抗測試

          四、總線網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)能否正確傳輸層面

          阻抗太大,電壓幅值壓降太大,傳輸距離大大降低?,F(xiàn)象就是在手牽手的網(wǎng)絡(luò)拓撲中,當(dāng)然差分輔幅值最好不要低于1.3V,防止在強干擾的環(huán)境下,導(dǎo)致收發(fā)器無法識別或誤識別總線信號。

          容抗也是影響下降沿的重要因素,如果下降沿太緩慢會導(dǎo)致位寬拉長,導(dǎo)致收發(fā)器錯誤識別,導(dǎo)致0/1的翻轉(zhuǎn),CAN總線是錯誤重發(fā)的機制,會一直重發(fā),直到這一幀被正確接收。

          圖 9 電容對下降沿的影響

          同樣的我們回到阻抗和容抗的匹配是如何影響CAN FD的傳輸速率的呢,接下來我們用實測證明:

          圖 10 穩(wěn)定時間140ns

          前面我也提到5M數(shù)據(jù)速率時,位時間是200ns,,實際傳輸過程中,一位時間包含了上升沿、下降沿以及數(shù)據(jù)穩(wěn)定時間,如圖 15所示,數(shù)據(jù)穩(wěn)定時間按是140ns,那其中上升沿和下降沿占了60ns,理想情況下,上升沿和下降沿完全對稱,其中上升沿時間是30ns,按照邊沿極限值12%計算,實際算出來的位時間=30/(12/100)=250ns,那么相對應(yīng)的傳輸波特率就=1/250ns=4M波特率,所以實際5M波特率也就是在測試使用,如果按照7%的邊沿時間為安全值來計算,實際的位時間=30/(7/100)約等于42ns,相對應(yīng)的傳輸波特率=1/42ns約等于2.3M,所以想要實際在工況下穩(wěn)定可靠傳輸,數(shù)據(jù)端波特率在2M左右比較合理。

          綜上所述,影響CAN FD到底能傳輸多快影響的因素非常多,也是我們大多數(shù)工程師在實際CAN總線開發(fā)的過程中會忽略的問題,如果需要CAN總線的相應(yīng)的產(chǎn)品解決方案,隨時致電我們,期待與您的探討和交流。



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