信号の改善は、CAN-FD トランシーバに追加される付加的な機能であり、複雑なスター・トポロジで信号のリンギングを最小化し、実現可能な最大データ・レートを改善します。CAN SIC トランシーバは、ISO (国際標準化機構) 11898-2:2016 の高速 CAN 物理層規格と、CiA (CAN-in-Automation) 601-4 の信号改善仕様の仕様以上である必要があります。

通常の CAN-FD トランシーバを 図 1-1 に示します。ここでは、CAN バス信号には 900mV (CAN レシーバのドミナント・スレッショルド) を超えて 500mV (CAN レシーバのリセッシブ・スレッショルド) 未満にもなるリンギングがあり、受信データ (RXD) のグリッチを引き起こしています。CiA 601-4 に関連して、CAN SIC 機能のトランシーバによりバス信号のリンギングが低減し、正しい RXD 信号になることを 図 1-2 に示します。

電気的パラメータの点で、CiA 601-4 準拠の CAN SIC トランシーバは、表 1-1 に示すように、通常の CAN-FD トランシーバと比較して、はるかに厳密なビット・タイミングの対称性とループ遅延の仕様を実現しています。送信パスと受信パスの遅延を分離することで、システム設計者は他の信号チェーン・コンポーネントが存在する場合にネットワーク伝播遅延を明確に計算できます。ただし、CiA 601-4 で指定されているタイミングがデータ・レートに依存せず、2Mbps と 5Mbps の両方の動作に当てはまることに注意が必要です。

CAN バスの通常動作時には、図 3-1 に示すように、リセッシブとドミナントの 2 つの論理状態があります。

ドミナント・バス状態は、バスを差動で駆動する場合で、TXD ピンと RXD ピンは論理 LOW になります。リセッシブ・バス状態は、バスがレシーバの高抵抗の内部入力抵抗 (R_IN) を介して V_CC/2 にバイアスされる場合で、TXD ピンと RXD ピンは論理 HIGH になります。アービトレーションの期間は、ドミナント状態がリセッシブ状態を上書きします。CAN バス上のリセッシブからドミナントへの信号のエッジは、トランスミッタによって強力に駆動されるため、通常はクリーンです。ドミナント・フェーズの CAN トランシーバの差動トランスミッタ出力インピーダンスは約 50Ω であり、ネットワーク特性インピーダンスと密接に一致しています。通常の CAN-FD トランシーバの場合、ドミナントからリセッシブへのエッジの時に、ドライバの差動出力インピーダンスが突然約 60kΩ になることで反射された信号によるインピーダンスのミスマッチを引き起こし、リンギングが発生します。

トランスミッタ・ベースの SIC は、TXD のドミナントからリセッシブへのエッジを検出し、ドライバ出力のリンギング抑制回路をアクティブにします。CAN ドライバは、t_{SIC_TX_base} までバスのリセッシブを強力に駆動し続けるため、反射が減少し、リセッシブ・ビットがサンプリング・ポイントでクリーンになります。このアクティブなリセッシブ・フェーズでは、トランスミッタの出力インピーダンスが低くなります (約 100Ω)。反射された信号は大きなインピーダンスのミスマッチを発生させないため、リンギングは大幅に低減します。このフェーズが終了し、デバイスがパッシブなリセッシブ・フェーズになると、ドライバの出力インピーダンスが約 60kΩ に上昇します。この現象を 図 3-2 に示します。

アクティブなリセッシブ・フェーズにおける重要な要素は、バスを強力に駆動する時間を 530ns 以下にすることです (表 1-1 で示す t_{SIC_TX_base})。CAN-FD プロトコルのデータ・フェーズは最大 200ns の間のみ持続する (5Mbps での動作時) ため、このリンギング抑制がリセッシブ・ビット持続時間全体にわたってアクティブになり、CAN バスと RXD 信号が訂正されます。ただし、アービトレーション・フェーズでは、1Mbps 動作のときの最も速いビット持続時間が 1µs になり、複数のトランスミッタが同時に送信可能であって、ドミナント・ビットがリセッシブ・ビットを上書きする必要があります。そのため、リンギング抑制の期間がネットワーク全体の長さとアービトレーション速度を制限する場合があります。詳細については、CiA 601-4 の仕様を参照してください。

テキサス・インスツルメンツの 8 ピン TCAN1462 CAN SIC トランシーバのリンギング抑制機能を実証するために、テキサス・インスツルメンツは以下の設定による実験を行いました。

• 図 4-1 に示すように、ノード 1 を TCAN1462 とし、ノード 2 を通常の CAN-FD トランシーバの TCAN1044A とした場合の 2 ノードのポイント・ツー・ポイント通信です。複雑なスター・トポロジをエミュレートするリンギング・ネットワーク (CiA 601-4 で規定) は、CAN バス端子経由で接続されています。図 4-2 と 図 4-3 に示す波形で、TCAN1462 が駆動しているときの CAN バスと RXD 信号の表示はクリーンです。しかし、TCAN10464A が駆動しているときは、無視できないバスのリンギングや RXD のグリッチが発生します。

図 4-2 CAN-FD がネットワークを駆動するときの波形

図 4-3 CAN SIC がネットワークを駆動するときの波形

大きく負方向に振れている V_OD に問題はなく、V_OD のオーバーシュートもないことから、RXD はクリーンです。

テキサス・インスツルメンツは、次の 2 つの CAN SIC デバイスをリリースしました。従来型の 8 ピン CAN トランシーバとピン互換のスタンバイ・モード・サポート付き 8 ピン TCAN1462 と、従来型の 14 ピン CAN トランシーバとピン互換のスリープ・モードおよび WAKE/INH 機能付き 14 ピン TCAN1463 です。

TCAN1462 には、5V バス / ロジック・レベル用の TCAN1462 と、1.8～5V ロジック・レベルをサポートする TCAN1462V の 2 つのバリアントがあります。これらのデバイスには、表 5-1 に示すように、競合製品と比較して大きな利点があります。

CAN SIC トランシーバは、物理層またはアプリケーション層の設計変更を必要とせず、通常の CAN-FD トランシーバよりも多くのシステム上の重要な利点を提供します。これらのトランシーバを採用することで、より高速のビット・レートでの動作が可能になり、ネットワーク・トポロジをより自由に選択できると同時に、車両のコストと重量を低減することができます。

CAN SIC は、ISO 11898-2 との下位互換性があり、CAN-FD と同じバスで動作できます。

表 1-1 に示すように、SIC トランシーバではビット・タイミングの対称性が大幅に改善されます。これにより、CAN 信号を低下させる可能性のあるネットワークの影響に対して、マージンを大きくすることができます。このトランシーバは、送信ビットと受信ビットの劣化がはるかに少ないため、ビット持続時間が短縮されて 8Mbps で確実に動作できます。また最後に、ループ遅延は、CAN-FD トランシーバの最大 255ns と比較して CAN SIC トランシーバでは最大 190ns であり、最大ネットワーク長を延長できます。