摘要

隨著汽車內各個系統的控制都在向智能化和自動化轉變，汽車電氣系統變得越來越復雜，不同的汽車OEM和Tier-1廠商紛紛研究定義不同汽車總線標準，以減少線束網絡復雜度和降低電子系統的故障，同時降低整車成本。其中CAN總線在汽車總線中應用最為廣泛，采用合適的網絡拓撲以及提升EMC性能對CAN收發器在環境復雜的汽車應用中有著重要意義。納芯微推出了多款可以實現不同系統應用的CAN收發器。本篇應用筆記主要對網絡中的節點數量計算以及收發器的外圍電路設計選擇進行介紹。

1. CAN總線節點數計算

一個CAN網絡中，總線所能支持掛載的最大節點數是衡量CAN收發器性能的一個重要參數。影響CAN 總線節點數量的因素可以從CAN收發器的物理層和協議層兩個方面去考慮。

首先物理層方面，總線節點的輸出差分電壓大小決定了CAN總線電平能否被正常識別，通訊能否正常進行，主要由總線負載電阻RL來決定，而RL取決千總線終端匹配電阻以及各節點總線差分輸入電阻 Rdif,我們可以通過如下方式從物理層角度去估算—個 CAN網絡的最大節點數。

圖1.1 n個節點的CAN網絡總線拓撲

上圖為掛載n個CAN節點的總線網絡拓撲示意圖，其中RT為終端匹配電阻，Rdif為CAN收發器的總線差分輸入電阻。可以通過電路等效的方法得到如下所示簡易拓撲圖：

圖1.2 n個節點的CAN網絡等效電路圖

如上圖所示，Node 1作為信號發送，Node n作為信號接收。從Node 1端看進去的線路等效電阻為：

將(1)式化簡可得：

RT為終端匹配電阻，此處取120Ω；Rdif為差分輸入電阻，這里取20kΩ；RL可支持的負載電阻范圍為 45Ω~700Ω，當RL=45Ω時，n取最大值為112。所以在此參數條件下的CAN總線網絡中，最多可支持掛載112個CAN節點。

從協議層方面來考慮，當總線節點數越多，總線越長，線路寄生越大，對于本地節點信號自發自收的工況下，總線寄生越大，有可能導致回環回來的信號衰減較多，CAN控制器的采樣發生錯誤，導致通訊異常；而對于相距較遠兩個節點之間進行通信的工況下，中間節點越多，線路越長，導致信號傳播延時較長，接收端在接收到發送端發出的CAN信號后會進行幀內應答(ACK)，傳播延時較長可能導致應答不及時，通訊失敗。所以在計算CAN總線最大掛載節點數時，應考慮線路寄生以及傳播延時的影響，具體要求為由線路寄生較大引起的信號衰減不應使得CAN控制器的采樣出現偏差，導致通訊異常；同時信號在傳輸路徑上的傳播延時應小于1/2的位時間，保證接收節點能夠及時應答，不會導致通訊失敗。

2.CAN總線外圍電路設計參考

在汽車應用中，EMC問題是一個被廣泛關注的問題，而與傳統汽車相比，新能源汽車的EMC問題更加突出，因此對于汽車中大量使用的總線接口芯片的EMC性能要求也比較高。為了獲得較好的EMC性能，除了芯片設計的考慮之外，系統中芯片外圍電路的補充完善也是至關重要的。這一部分將著重介紹一下CAN芯片外圍電路的一些參考設計(如圖2.1所示)。

圖2.1 CAN總線外圍電路參考設計示意圖

納芯微電子（簡稱納芯微，科創板股票代碼688052）是高性能高可靠性模擬及混合信號芯片公司。自2013年成立以來，公司聚焦傳感器、信號鏈、電源管理三大方向，為汽車、工業、信息通訊及消費電子等領域提供豐富的半導體產品及解決方案。

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