JAJA695 April 2022 TCAN1462-Q1 , TCAN1463-Q1
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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。
| CiA 601-4 仕様 | ISO 11898-2:2016 仕様 | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| パラメータ | 表記 | 最小 [ns] |
最大 [ns] |
最小 [ns] |
最大 [ns] |
| 信号改善時間 TX ベース | tSIC_TX_base | N/A | 530 | N/A | |
| 送信されるビット幅変化 | ΔtBit(Bus) | –10 | 10 | –65 (2Mbps の場合) | 30 (2Mbps の場合) |
| –45 (5Mbps の場合) | 10 (5Mbps の場合) | ||||
| 受信ビット幅 | ΔtBit(RxD) | –30 | 20 | –100 (2Mbps の場合) | 50 (2Mbps の場合) |
| –80 (5Mbps の場合) | 20 (5Mbps の場合) | ||||
| レシーバのタイミングの対称性 | ΔtREC | –20 | 15 | –65 (2Mbps の場合) | 40 (2Mbps の場合) |
| –45 (5Mbps の場合) | 15 (5Mbps の場合) | ||||
| トランスミッタ・データ (TXD) からバス・ドミナントまでの伝搬遅延 | tprop(TxD-busdom) | 80 | ループ遅延 (TXD からバス、RXD まで) のみを最大 255ns で規定 | ||
| TXD からバス・リセッシブまでの伝搬遅延 | tprop(TxD-busrec) | 80 | |||
| バスから RXD ドミナントまでの伝搬遅延 | tprop(busdom-RxD) | 110 | |||
| バスから RXD リセッシブまでの伝搬遅延 | tprop(busrec-RxD) | 110 | |||
第 1 世代の CAN プロトコルの ISO 11898-2 (Classical CAN とも呼ばれる) は 1993 年頃にリリースされました。このプロトコルで許可されるペイロード・データ転送は 8 バイトのみで、最大指定データ・レートは 1Mbps です。CAN バスを使用して相互に通信する多数の電子ノードが車両に搭載される車載用アプリケーションでこの仕様の限界はすぐに現れました。
CAN-FD プロトコルの仕様は 2015 年ごろにリリースされ、ペイロードの長さは 64 バイトに増し、データ・フェーズの最大信号速度も 5Mbps に増加しました。ただし、Classical CAN との下位互換性を確保するため、アービトレーション・フェーズの信号レートは引き続き 1Mbps に制限されていました。
CAN-FD はより高速なデータ・レートとペイロードの増加という利点をもたらしましたが、車両の CAN バス・ネットワークに追加される ECU の数は増加の一途をたどり、十分には対応できませんでした。設計者は、複雑なスター・ネットワークによって生じるバス・リンギングが正しい信号通信に影響し、CAN FD トランシーバの潜在能力を活用できないことに気付きました。図 2-1 は、スター・トポロジの例です。
複数のスタブを使用する複雑なスター・トポロジでは、バス上で伝送される信号のインピーダンス・ミスマッチが発生し、反射を引き起こします。これらの反射により CAN バスが歪み、発振が引き起こされます。このため、サンプリング・ポイントでの CAN バス・レベルと RXD の誤りが発生します。このようなネットワーク効果は CAN-FD ネットワークに固有のものではありませんが、低速動作する Classical CAN はビット持続時間がこれより長いため、図 2-2 に示すようにバスのリンギングが減少し、正しいビットのサンプリングが可能になり、正しい通信が行われていました。
5Mbps の CAN-FD 動作では、複雑なスター・トポロジでリンギングがなくなるまでの時間に対して 200ns のビット持続時間が短すぎるため、信頼性の高いデータ通信が損なわれます。このことから、システム設計者は 5Mbps で CAN-FD を使用できませんでした。
最新の車両におけるネットワーク・データ交換の増加とスループットの高速化の要求から、より高速でネットワークのフレキシビリティと拡張性を高める次世代の車内通信バス・テクノロジーに向けて CAN SIC が推進されています。