ZHCAAO9 March 2020 ISO7741E-Q1
在汽车应用中，控制器局域网灵活数据速率 (CAN FD) 已经成为大多数汽车制造商公认的实际标准。毫无疑问，CAN FD 比传统 CAN 更高的速率可实现更快的数据通信，从而支持更高的带宽、更低延迟的信息传递或更多的 CAN 总线节点。此外，在混合动力电动汽车 (HEV) 和电动汽车 (EV) 中不同的电压域之间使用 CAN 通信时，通常会使用数字隔离器来帮助保护低压侧免受高压侧影响和提高抗噪性能。
由于 CAN 协议具备优先级划分和仲裁能力，非常适合带式起动发电机、牵引逆变器和电池管理系统等时间关键型应用，因此是汽车应用中的优先选择。所以，在为系统选择合适的器件时，CAN 器件的时序规格变得非常重要。表 1-1 显示了在设计符合 ISO 11898-2:2016 高速 CAN 规范的物理层要求的系统时需要考虑的主要规格。
| 参数 | 最小值 | 最大值 | |
|---|---|---|---|
| tPROP(LOOP1) | 总循环延迟、驱动器输入 (TXD) 至接收器输出 (RXD)、隐性状态至显性状态 | 255ns | |
| tPROP(LOOP2) | 总循环延迟、驱动器输入 (TXD) 至接收器输出 (RXD)、显性状态至隐性状态 | 255ns | |
| tBIT(BUS) | tBIT(TXD) = 500ns 时 CAN 总线输出引脚上的位时间（对于 2Mbps CAN FD） | 435ns | 530ns |
| tBIT(TXD) = 200ns 时 CAN 总线输出引脚上的位时间（对于 5Mbps CAN FD） | 155ns | 210ns | |
| tBIT(RXD) | tBIT(TXD) = 500ns 时 RXD 输出引脚上的位时间（对于 2Mbps CAN FD） | 400ns | 550ns |
| tBIT(TXD) = 200ns 时 RXD 输出引脚上的位时间（对于 5Mbps CAN FD） | 120ns | 220ns | |
图 1-1 和图 1-2 显示了用于测量 CAN 收发器上述参数的测试设置。图 1-1 显示了如何测量从驱动器输入 (TXD) 到接收器输出 (RXD) 的总环路延迟。该测量过程是在隐性到显性状态（如 tPROP(LOOP1) 所示）和显性到隐性状态（如 tPROP(LOOP2) 所示）下完成的。图 1-2 测量了通过发送器传播到输出端再通过接收器传回到接收器输出端的位宽变化。
图 1-1 tPROP(LOOP)测试电路与测量
图 1-2 CAN FD 位时序参数测量0 级 CAN FD 收发器 TCAN1044EV-Q1 等 CAN 器件可以在 -40°C 至 150°C 的温度范围内满足相关要求，如表 1-2 中所示。
| ISO 11898-2:2016 | TCAN1044EV-Q1 | |||
|---|---|---|---|---|
| 参数 | 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 |
对于 CAN 收发器与微控制器之间需要隔离的应用，只考虑 CAN 收发器时序性能还不够。另外还务必要考虑与 CAN 收发器串联的数字隔离器的时序性能，从而确保该双芯片解决方案仍能满足时序规格要求。隔离器数据表中提供了传播延迟和脉宽失真规格。
例如，0 级 ISO7741E-Q1 的这些时序规格如表 1-3 中所示：
| ISO7741E-Q1（-40°C 至 +150°C） | |||
|---|---|---|---|
| 参数 | 最小值 | 最大值 | |
| tPLH、tPHL | 传播延迟时间 | 6ns | 16.5ns |
| PWD | 脉宽失真 |tPHL – tPLH| | 4.9ns | |
根据数字隔离器和 CAN 收发器各自的时序规格，可以按如下所示计算合并数据（如图 1-3 和图 1-4 中所示）：
从驱动器输入到接收器输出的总环路延迟：CAN 环路延迟 + 2 x 隔离器传播延迟时间
图 1-3 隔离式 CAN 系统的总环路延迟总线输出引脚上的最小位时间 = 最小 CAN tBIT(BUS) 时间 - 最大隔离器脉宽失真。总线输出引脚上的最大位时间 = 最大 CAN tBIT(BUS) 时间 + 最大隔离器脉宽失真。接收器输出引脚上的最小位时间 = 最小 CAN tBIT(RXD) 时间 - 2 x 最大隔离器脉宽失真。接收器输出引脚上的最大位时间 = 最大 CAN tBIT(RXD) 时间 + 2 x 最大隔离器脉宽失真。
图 1-4 隔离式 CAN 的总位时间根据上述公式，双芯片隔离式 CAN 解决方案的合并时序参数规格如表 1-4 中所示。
| ISO 11898-2:2016 | ISO7741E-Q1 + TCAN1044EV-Q1 （-40°C 至 +150°C） | |||
|---|---|---|---|---|
| 参数 | 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 |
从该表格中可以清楚看到，与 0 级 CAN FD 收发器 TCAN1044EV-Q1 搭配使用时，0 级隔离器 ISO7741E-Q1 可满足 ISO 11898-2:2016 规范高达 2Mbps CAN FD 的速率要求。
本文讨论了重要的时序规格和相关的计算示例，用于确定所选的分立式隔离器和 CAN 收发器是否符合相应的 CAN 标准。预先选择合适的元件将能够确保 CAN 系统正常工作并加快量产速度。