近年來，新能源汽車與自動駕駛逐漸成為了汽車發(fā)展進程“趨之若鶩”的大熱門。傳統(tǒng)工藝中汽車大多使用CAN總線通訊，而在過去近30年的技術(shù)的發(fā)展下，更多的輔助系統(tǒng)與人機交互使得通訊數(shù)據(jù)越來越龐大，經(jīng)典的CAN總線通訊已跟不上當下的數(shù)據(jù)量需求?，F(xiàn)在已不再是車載“節(jié)點數(shù)少，數(shù)據(jù)量小”的年代，因此CAN FD應運而生，以滿足車載網(wǎng)絡(luò)日益提高的帶寬和數(shù)據(jù)速率靈活性的要求。

講到CAN FD，就不得不提到CAN FD控制器和收發(fā)器，簡單來說，它就像連接汽車神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的大腦，幫助車載網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)發(fā)揮出最大的功效。那么有沒有一款芯片整合所有CAN FD所需的這些功能？2019年6月21日，德州儀器（TI）推出了業(yè)界新款汽車系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片（SBC）TCAN4550-Q1，21IC中國電子網(wǎng)記者受邀參加此次發(fā)布會。

據(jù)德州儀器（TI）接口產(chǎn)品部門產(chǎn)品線經(jīng)理Charles（Chuck）Sanna介紹，該芯片集成了使用靈活數(shù)據(jù)速率控制器局域網(wǎng)（CAN FD）的控制器和收發(fā)器，采用了幾乎所有微控制器的串行外圍接口（SPI）總線來部署CAN FD接口或提高系統(tǒng)中CAN FD總線端口的數(shù)量。

他表示，此款芯片支持向下兼容經(jīng)典CAN總線，所以可以最少量地對硬件進行改動。另外，4.5mm x 3.5mm的20引腳QFN，支持在小封裝內(nèi)完成升級和擴展。正因新產(chǎn)品擁有如此眾多優(yōu)異的特性，所以在產(chǎn)業(yè)從CAN過度到CAN FD的進程中，相信該產(chǎn)品也將是產(chǎn)業(yè)升級的關(guān)鍵。

圖1：德州儀器（TI）接口產(chǎn)品部門產(chǎn)品線經(jīng)理Charles（Chuck）Sanna

成本和尺寸：行業(yè)轉(zhuǎn)折的關(guān)鍵點

CAN FD是一種基于原始CAN總線標準（經(jīng)典CAN）而構(gòu)建的通信協(xié)議。與傳統(tǒng)經(jīng)典CAN相比，從之前的1Mbps升級到了 5 Mbps的最大數(shù)據(jù)傳輸速率，支持高達 64 字節(jié)的有效負荷。

CAN FD在兼容性上也非常優(yōu)秀，CAN FD仍舊可以向下兼容CAN，但CAN沒有辦法向上升級。因此一些現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，仍舊可以使用TCAN4550-Q1達到升級，無需新的連接器或電纜。但另一方面，需要更新的處理器，新處理器需要包含CAN FD控制器和相關(guān)的CAN FD收發(fā)器。

值得一提的是，CAN FD和現(xiàn)有方案對比，在減少成本和PCB尺寸上擁有不可替代的優(yōu)勢。

現(xiàn)今板載空間隨著車載技術(shù)的提升限制越來越大，行業(yè)急需更高的成本和板載空間的多芯片解決方案，CAN FD正是適用于現(xiàn)今發(fā)展階段的技術(shù)。

據(jù)Chuck表示，從需求上來看，2019年及以前，對CAN FD的需求還沒有那么高。但2019年過年后，在溝通時發(fā)現(xiàn)整體需求突然間上升，主要原因是新能源汽車以及自動駕駛的爆發(fā)，兩個方面產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量非常大，傳統(tǒng)CAN傳輸數(shù)據(jù)是達不到的，因此需要升級CAN FD來傳輸。

圖2：CAN FD相較經(jīng)典CAN數(shù)據(jù)傳輸率提高5倍，數(shù)據(jù)有效負荷增加8倍

系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片（SBC）：并不是純粹的“疊加”

系統(tǒng)基礎(chǔ)芯片（SBC）是一個集成組件，SBC的概念在市場上并不是一個新興的概念，不同于SoC的數(shù)字電源集成芯片，SBC是將汽車ECU所需的常見功能集成在一起，諸如網(wǎng)絡(luò)通信收發(fā)器、電壓調(diào)節(jié)器、診斷監(jiān)控、開關(guān)和喚醒輸入等。

那么將所有功能結(jié)合在一起又與離散式方案有何區(qū)別，僅僅是單純地“疊加”在一起？答案是否定的。

對于這個問題，Chuck表示，集中式方案（即SBC）對比離散式方案有著不可替代的優(yōu)勢。一方面，SBC相較離散式解決方案，PCB Layout占用面積會更小，可以讓工程師在有限的板載空間上大展拳腳。

另一方面，離散式方案的成本未必會比集成式的好，因為SBC是從芯片層級進行整合，成本會更優(yōu)。

值得一提的是，離散式解決方案需要同時考慮收發(fā)器、控制器、看門狗以及供電的設(shè)計，還要考慮失效模式和保護模式，工程師所承擔的壓力會更多、更大，并且從安全性來說，不一定可以達到定制化的SBC的安全性，其實也存在一定風險成本。

當然，市場上也存在經(jīng)典CAN與CAN FD混合使用的場景，如果只需改動其中一部分，TI也提供CAN FD的離散式解決方案，客戶可以根據(jù)需求自由選擇最適合或成本最優(yōu)的方案。

圖3：TI的CAN、LIN和SBC收發(fā)器接口系列

當然，從經(jīng)典CAN升級到CAN FD進程中，必然有一定過渡期，不可能所有節(jié)點都直接轉(zhuǎn)換CAN FD，從成本上考慮這是不現(xiàn)實的，可能存在兩者共存的現(xiàn)象。那么這會對通信傳輸產(chǎn)生影響嗎？Chuck對此解釋表示，CAN FD是可以向下兼容到CAN的，CAN是沒有辦法和CAN FD互通的，極端情況是存在混合框架的，但這并不影響CAN FD方面的傳輸速率。另外，從與車廠溝通來看，目前也已慢慢在向整體CAN FD總線轉(zhuǎn)變，因為成本也不是非常高。

TCAN4550-Q1：解決時下最關(guān)注的的問題

問題一：成本問題

Chuck表示，在CAN FD 升級過程中，事實上傳統(tǒng)架構(gòu)中MCU需要配備CAN控制器，擴展系統(tǒng)比較簡單的方式，就是再去裝配一個一樣的設(shè)備，而在此過程中，MCU中的CAN控制器就會被重復利用。因此每增加一個接口的同時相當額外再購買一個CAN控制器，這樣其實也是在浪費MCU資源。但如果在現(xiàn)有架構(gòu)下，利用TCAN4550-Q1升級CAN FD總線，MCU不會被重復利用，同時接口數(shù)量也增加了。

圖4：通過TCAN4550-Q1升級CAN FD總線

問題二：外圍問題

Chuck表示，TCAN4550-Q1把CAN以及其他功能集合在里面， CAN FD總線的擴展中，單芯片解決方案有兩個LDO，總共120mA電流，其中70mA對外使用，這樣整體外圍的設(shè)計會相對簡單。

圖5：通過TCAN4550-Q1擴展CAN FD總線

問題三：尺寸問題

從上文敘述與行業(yè)發(fā)展特點可知，尺寸越小帶給整體設(shè)計的驚喜就更多。4.5mm×3.5mm的20引腳對于一個集合5個功能的芯片來說，尺寸已經(jīng)非常小了。而據(jù)Chuck表示，“小身材”中卻集合了“大奧妙”，其中包括兩個LDO、CAN控制器、CAN收發(fā)器和看門狗。

除此之外，TCAN4550-Q1還具有四個主要特性：1、能夠向下兼容；2、TCAN4550-Q1能夠直接和12V電源對接；3、協(xié)議是5Mbps，但最高可以達到8Mbps速率；4、通過整合，工程師大概能減少50% PCB layout的面積。

圖6：TCAN4550-Q1的優(yōu)勢與特點

總的來說，TCAN4550-Q1的單芯片解決方案，方便升級和擴展CAN/CAN FD；超越CAN FD最高的數(shù)據(jù)傳輸率（超過5Mbps的CAN FD最高傳輸率，高達8Mbps）；集成式功能集，提高了設(shè)計靈活性；具有較小封裝尺寸，減少了板載空間。