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Para conectar en red las unidades de control del motor (ECU) en el vehículo, puede elegir entre varios buses de red en el vehículo que van desde la red de interconexión local (LIN) hasta Ethernet. Entre las opciones, el bus de red de área del controlador (CAN) sigue siendo popular porque es fácil de usar, ofrece un buen rechazo de ruido en modo común y admite mensajería basada en prioridad y arbitraje bit a bit.
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Además, el bus CAN proporciona detección y recuperación de errores, y puede agregar nodos fácilmente a un bus CAN existente. Además del sector de la automoción, se utiliza en una gran variedad de aplicaciones industriales.
puede evolución
CAN ha madurado significativamente desde su creación en la década de 1980. El estándar original especificaba ocho bytes de datos de usuario y una velocidad de datos de 1 Mb/s. CAN-FD (por Velocidad de datos flexible) surgió a mediados de la década de 2010, ampliando la carga útil a 64 bits y la velocidad máxima de señalización a 5 Mbit/s. Sin embargo, en redes complejas como las que utilizan topologías en estrella (Figura 1)Los transceptores CAN FD clasificados a 5 Mb/s deben reducirse a 2 Mb/s debido al timbre causado por stubs no terminados.
Como se muestra en Figura 2 a la izquierda, el timbre puede exceder el umbral dominante de 900 mV de un receptor CAN y caer por debajo de su umbral recesivo de 500 mV. En última instancia, esto provoca interferencias en la señal de datos de recepción (RXD).
Para superar esta limitación de 2 Mbit/s, los transceptores CAN pueden incluir una función de mejora de señal (SIC) como se define en la especificación CAN in Automation (CiA) 601-4. Los transceptores compatibles con CiA 601-4 tienen especificaciones de retardo de bucle y simetría de temporización de bits más estrictas que los transceptores CAN estándar, lo que les permite operar a 5 Mb/s y más incluso en topologías de red complejas sin interferencia RXD (Fig. 2, derecha).
SIC utiliza las diferencias entre los estados de bus CAN dominantes y recesivos. El borde de la señal del bus CAN recesivo dominante suele estar limpio. Además, la impedancia de salida del transmisor diferencial del transceptor CAN es de aproximadamente 50 Ω durante la fase dominante, coincidiendo exactamente con la impedancia característica de la red.
Sin embargo, con un transceptor CAN FD normal, la impedancia de salida diferencial de repente pasa a 60 kW en el borde de dominante a recesivo. Esto conduce a un desajuste de impedancia que provoca reflejos y zumbidos.
Para minimizar los reflejos, el SIC basado en transmisor detecta la pendiente de dominante a recesivo y activa el circuito de supresión de anillo durante una fase recesiva activa mientras la impedancia de salida del transmisor permanece baja (alrededor de 100 Ω). Esto mantiene limpio el bit de datos recesivo en el punto de muestreo de datos. Después de muestrear los datos, la fase recesiva activa finaliza y el transceptor entra en una fase recesiva pasiva. En esta etapa, la impedancia de salida del controlador aumenta a aproximadamente 60 kΩ, como ocurría con el transceptor CAN FD estándar.
Productos CAN-SIC
Texas Instruments ofrece dos transceptores CAN SIC. El transceptor CAN SIC de 8 pines TCAN1462-Q1 admite modo de espera de bajo consumo y 1.8, 3.3 o 5 VI/O opcionales para la comunicación con el microcontrolador de su elección. Ofrece compatibilidad con el modo de espera y es compatible pin a pin con generaciones anteriores de transceptores CAN de 8 pines, incluida la familia TCAN1044A-Q1 de TI.
El transceptor CAN SIC de 14 pines TCAN1463-Q1 admite la funcionalidad de dormir, despertar e inhibir. Incluye traducción de nivel lógico interno para permitir una interfaz directa a controladores de 1.8, 2.5, 3.3 o 5V. El dispositivo también incluye funciones como detección de bajo voltaje y apagado térmico. Es compatible pin a pin con transceptores CAN estándar de 14 pines, incluido el TCAN1043A-Q1 de TI.
Tanto el TCAN1462-Q1 como el TCAN1463-Q1 son dispositivos calificados AEC-Q100, ofrecen protección contra fallas de bus de ±58 V y están disponibles en paquetes SOIC, ST-23-THN y VSON. Las placas de evaluación también están disponibles para cada dispositivo.
Texas Instruments realizó un experimento para demostrar la capacidad de supresión de timbre del TCAN1462-Q1. La configuración de prueba (Fig. 3) utiliza el TCAN1462 para el nodo CAN A y un transceptor CAN FD normal TCAN1044A para el nodo B. Una red de llamada emula una topología en estrella compleja.
Como se muestra en Figura 4las señales de bus CAN y RXD muestran un timbre significativo cuando el transceptor CAN FD estándar está conduciendo el bus, pero las señales se ven limpias cuando se usa el transceptor CAN SIC.
Entrenamiento en linea
Para ayudarlo a comenzar con CAN y otros diseños de interfaz, Texas Instruments ofrece su aula en línea integral, TI Precision Labs (TIPL). La serie TIPL CAN y LIN describe el diseño con transceptores CAN y LIN y chips base de sistema multifunción (SBC). Se ocupa de las propiedades de señalización eléctrica de CAN y LIN en la capa física, así como de sus estructuras de trama y protocolos de comunicación de datos.
Un video introductorio a la serie describe cómo los transceptores CAN se comunican a través del bus CAN, con un enfoque en aplicaciones automotrices en relación con el estándar ISO 11898. Este estándar de seis partes describe la capa de enlace de datos y la señalización física, el acceso medio de alta velocidad, una interfaz tolerante a fallas, de baja velocidad y dependiente del medio, las comunicaciones activadas por tiempo, una entidad de acceso medio de alta velocidad con un poder y una entidad de acceso medio de alta velocidad con un modo de activación selectiva.
El segundo video de la serie se enfoca en la capa física de CAN y analiza las características de transmisión eléctrica y los requisitos de hardware. El tercer video describe cómo se codifica y transmite la información entre dispositivos en el bus CAN utilizando ISO 11898, y cubre el arbitraje, la estructura de cuadros y el relleno de bits. El video final brinda una descripción general de LIN para aplicaciones automotrices, que cubre la capa física y la estructura del marco.
Conclusión
Los transceptores CAN SIC ofrecen importantes ventajas de sistema sobre los transceptores CAN FD normales. La simetría de sincronización de bits mejorada permite más margen para los efectos de red que pueden afectar las señales CAN, y el bajo retardo de bucle invertido (190 ns máx. frente a 255 ns máx. para los transceptores CAN FD) ayuda a extender la longitud máxima de la red.
CAN SIC es compatible con versiones anteriores de CAN FD y puede implementarlo sin necesidad de cambios de diseño a nivel físico o de aplicación. Además, la tecnología sirve para una variedad de aplicaciones, desde aumentar la velocidad de fotogramas de una cámara hasta mejorar un sistema de infoentretenimiento automotriz.
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