◎CAN總線收發(fā)器驗(yàn)證

21世紀(jì)電動(dòng)車全面啟動(dòng)是汽車工業(yè)的大革命，自動(dòng)駕駛技術(shù)讓通行更便利也改變?nèi)祟惖鸟{駛習(xí)慣。在控制單元高度電子化的整車架構(gòu)下，CAN總線為關(guān)鍵通訊接口之一。如何確保CAN總線收發(fā)器在整車環(huán)境能與不同功能的收發(fā)器有極高的互操作性，可透過三種方式來(lái)進(jìn)行評(píng)估。

如圖一所示為三種用來(lái)驗(yàn)證CAN總線收發(fā)器在相對(duì)環(huán)境下性能與互操作性表現(xiàn)的方式，有收發(fā)器(Transceiver) 單體電性、單節(jié)點(diǎn) (Node) 電磁兼容性能評(píng)估與多節(jié)點(diǎn) (Multi-Nodes) 互操作性評(píng)估。在收發(fā)器單體方面，用來(lái)驗(yàn)證是否達(dá)到國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織 (ISO) 和國(guó)際汽車工程協(xié)會(huì) (SAE International ) 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求的電性。單節(jié)點(diǎn)則用SAE International標(biāo)準(zhǔn)用來(lái)評(píng)估相對(duì)環(huán)境架設(shè)下的電磁干擾與忍受度，而多節(jié)點(diǎn)的方式則用來(lái)評(píng)估不同功能收發(fā)器在指定通訊速率的互操作性能。除了自我評(píng)估的方式外，也可透過國(guó)際主流車廠或T1供應(yīng)商認(rèn)可的第三方實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行驗(yàn)證評(píng)估后取得相關(guān)報(bào)告。

圖一. CAN收發(fā)器驗(yàn)證方式

◎ 一致性測(cè)試計(jì)畫 (Conformance Test Plan)

最新版本的CAN總線高速物理層標(biāo)準(zhǔn)為ISO 11898-2:2016[1]，定義使用串列通訊協(xié)議支援分布式即時(shí)控制和多工應(yīng)用于道路用車。除了規(guī)范其電氣特性行為外，并要求需參考ISO 16845-2:2018[2]標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行一致性測(cè)試計(jì)畫 (Conformance Test plan)。一致性測(cè)試計(jì)畫定義出檢測(cè)的類型與架設(shè)方式，其一致性測(cè)試是用于檢測(cè)收發(fā)器元件是否符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以確保產(chǎn)品質(zhì)量的測(cè)試過程，內(nèi)容包含靜態(tài) (Static tests) 與動(dòng)態(tài)測(cè)試 (Dynamic tests)。在CAN網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)電子控制單元 (ECU)的質(zhì)量不一致即可能會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤、網(wǎng)絡(luò)故障或網(wǎng)絡(luò)癱瘓等問題。因此，為了保證CAN總線網(wǎng)絡(luò)的正常安全運(yùn)行，必須對(duì)其元件進(jìn)行一致性測(cè)試。

靜態(tài)測(cè)試是在參考環(huán)境中使用預(yù)定義的設(shè)置進(jìn)行，以確保測(cè)試結(jié)果有高度可重復(fù)性和可比性。測(cè)試時(shí)將檢查 CAN 總線收發(fā)器規(guī)格書的相關(guān)參數(shù)，及電性參數(shù)定義的最大最小值是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求，預(yù)期檢測(cè)結(jié)果須符合ISO11898-2:2016的電性與極限值范圍。下圖二為利用預(yù)定義的架設(shè)要求來(lái)進(jìn)行測(cè)試并描述待測(cè)物的輸入控制訊號(hào)與輸出訊號(hào)關(guān)系，其周圍元件只放置電阻、電容，但不放置靜電防護(hù)元件[1]。 (RL = 60Ω±0.6Ω, C1 = 4.7nF±0.235nF & C2 = 100pF±1pF)

圖二. Default setup for test

動(dòng)態(tài)測(cè)試提高在系統(tǒng)內(nèi)高速 CAN 收發(fā)器與不同功能收發(fā)器的相互協(xié)作可能性，并提高這方面的置信度。動(dòng)態(tài)測(cè)試中包含的類型如下圖三，架設(shè)環(huán)境中使用的CAN總線協(xié)議封包格式將采用三種不同速度于資料段，有500kbit/s、2Mbit/s和5Mbit/s，仲裁段則是維持在500kbit/s。例如，AZKN1044T[3]支援可變動(dòng)高速資料傳輸達(dá)5Mbit/s，在其實(shí)驗(yàn)組合中于資料段驗(yàn)證只需實(shí)驗(yàn)2Mbit/s和5Mbit/s，因仲裁段即已采用500kbit/s速率實(shí)現(xiàn)。實(shí)際測(cè)試項(xiàng)目則是依據(jù)CAN收發(fā)器本身支援的相關(guān)功能，例如，收發(fā)器本身可提供的喚醒機(jī)制來(lái)加入做搭配實(shí)驗(yàn)。

此實(shí)驗(yàn)評(píng)估將采用兩種網(wǎng)絡(luò)搭配來(lái)進(jìn)行測(cè)試，有同性質(zhì)網(wǎng)絡(luò) (Homogeneous Network) 和異性質(zhì)網(wǎng)絡(luò) (Heterogeneous Network)。同性質(zhì)網(wǎng)絡(luò)測(cè)試有包含8個(gè)節(jié)點(diǎn)搭配資料速度達(dá)5Mbit/s的網(wǎng)路拓樸與16個(gè)節(jié)點(diǎn)搭配資料速度2Mbit/s的網(wǎng)路拓樸。異性質(zhì)網(wǎng)絡(luò)測(cè)試則是混合不同CAN總線收發(fā)器品牌，并在不同資料傳輸速度下的網(wǎng)路拓樸實(shí)驗(yàn)。在異性質(zhì)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)驗(yàn)可以判斷，當(dāng)與不同收發(fā)器廠家搭配且某部分電性極限值差異的環(huán)境下，是否會(huì)有不同的測(cè)試結(jié)果。

圖三. Default test applicability due to device implementation [2]

此外，其實(shí)驗(yàn)過程中引入7個(gè)主要測(cè)試流程，根據(jù)正常工作模式、低功耗模式、有故障和無(wú)故障的所有可能組合。此外還加入失效現(xiàn)象搭配實(shí)驗(yàn)，例如：CANH或CANL訊號(hào)斷路、CANH與CANL間相互短路、CANH或CANL短路到參考地、CANH或CANL短路到電池的電源及CANH和CANL訊號(hào)同時(shí)斷開的現(xiàn)象。透過幾種在實(shí)際汽車環(huán)境較常見的失效行為，來(lái)模擬當(dāng)失效事件產(chǎn)生并回復(fù)到正常情況時(shí)候，是否CAN收發(fā)器仍無(wú)損壞且能在定義的行為下繼續(xù)通訊。圖四是模擬當(dāng)總線上的所有ECU在正常模式時(shí)，在第三步驟模擬幾種失效現(xiàn)象后，并排除失效現(xiàn)象回復(fù)正常至少1.5秒以上。在第五步驟則是進(jìn)入省電模式后，再透過總線機(jī)制喚醒節(jié)點(diǎn)。其過程中在２、４和６步驟結(jié)束后，所有的節(jié)點(diǎn)都必須能執(zhí)行傳送和接收的指定行為。

圖四. Test Flow 2 - Op. mode variation after recovery at normal mode, failure application in normal mode [2]

CAN總線收發(fā)器通過完整的靜態(tài)與動(dòng)態(tài)測(cè)試計(jì)畫，表示相對(duì)提高系統(tǒng)中當(dāng)有不同收發(fā)器間互操作性的置信度。可縮短系統(tǒng)開發(fā)工程師評(píng)估時(shí)間，并取得車廠較高度評(píng)價(jià)。

◎ Conclusion

AZKN1044T[3]是車規(guī)等級(jí)的CAN 總線收發(fā)器符合ISO11898-2:2016標(biāo)準(zhǔn)，并支援最高可變資料速度達(dá)5Mbps與本地及遠(yuǎn)端總線喚醒機(jī)制。另外，在收發(fā)器總線端口也提供誤觸電壓70V保護(hù)，內(nèi)部更有針對(duì)ISO10605和ISO7637系列的突波能量抑制能力。也已經(jīng)取得德國(guó)實(shí)驗(yàn)室C&S (Communication & systems group)驗(yàn)證報(bào)告可提供給客戶，參考圖五。我們更堅(jiān)信透過扎實(shí)的產(chǎn)品驗(yàn)證機(jī)制與第三方實(shí)驗(yàn)室的配合將為您的產(chǎn)品加分，制造雙贏。

圖五. AZKN1044T Conformance Test Report