Come soddisfare i requisiti di temporizzazione di CAN FD in sistemi CAN isolati per HEV/EV

 

Per le applicazioni automotive, il Controller Area Network Flexible Data Rate (CAN FD) è diventato di fatto lo standard per la maggior parte delle case automobilistiche. È innegabile che la maggiore velocità di CAN FD rispetto al CAN classico consenta una comunicazione più rapida dei dati e permetta una maggiore larghezza di banda, una latenza inferiore per i messaggi o un maggior numero di nodi sul bus CAN. Inoltre, se viene utilizzata la comunicazione CAN tra diversi domini di tensione, come nei veicoli elettrici ibridi (HEV) e nei veicoli elettrici (EV), spesso vengono utilizzati degli isolatori digitali per contribuire a proteggere il lato a bassa tensione dal lato ad alta tensione e migliorare l’immunità al rumore.

Il protocollo CAN viene preferito nelle applicazioni automotive per via delle sue caratteristiche di prioritizzazione e di arbitraggio, che lo rendono popolare in applicazioni cruciali in termini di tempo, come i motorini di avviamento/generatori a cinghia, gli inverter di trazione e i sistemi di gestione della batteria. Per questo motivo le specifiche di temporizzazione del dispositivo CAN diventano fondamentali nella scelte del giusto dispositivo per il proprio sistema. La Tabella 1 mostra le principali specifiche da considerare nella progettazione di un sistema che soddisfi i requisiti del livello fisico della specifica CAN ad alta velocità ISO 11898-2:2016.

Tabella 1. Specifiche di temporizzazione CAN ad alta velocità ISO 11898-2:2016

 

Parametro MIN MAX

La Figura 1 e la Figura 2 mostrano la configurazione di test di questi parametri per il transceiver CAN stesso. La Figura 1 mostra la misurazione del ritardo totale del loop dall’ingresso del driver (TXD) all’uscita del ricevitore (RXD). Questa misurazione viene eseguita nello stato da recessivo a quello dominante, come mostrato da tPROP(LOOP1) e dallo stato dominante a quello recessivo, come mostrato da tPROP(LOOP2). La Figura 2 misura la variazione della larghezza in bit mentre si propaga attraverso il trasmettitore verso l’uscita e, viceversa, attraverso il ricevitore verso l’uscita del ricevitore.

Figura 1. Circuito di test e misurazione tPROP(LOOP)

 

Figura 2. Parametro di temporizzazione bit CAN FD

 

Misurazione

I dispositivi CAN come il transceiver CAN FD Grado 0 TCAN1044EV-Q1 possono soddisfare i requisiti nell’intervallo di temperatura da -40 °C a 150 °C, come mostrato nella Tabella 2 .

Tabella 2. Specifiche di temporizzazione del transceiver CAN

Per le applicazioni che richiedono l’isolamento tra il transceiver CAN e il microcontroller non è sufficiente tenere conto delle prestazioni di temporizzazione del transceiver CAN. È importante aggiungere le prestazioni di temporizzazione dell’isolatore digitale in serie con il transceiver CAN per assicurarsi che la soluzione a due chip continui a soddisfare le specifiche di temporizzazione. Le schede tecniche dell’isolatore indicano le specifiche relative al ritardo di propagazione e alla distorsione dell’ampiezza degli impulsi.

Ad esempio, la Tabella 3 mostra queste specifiche di temporizzazione per il Grado 0 ISO7741E-Q1:

Tabella 3. Specifiche di temporizzazione dell’isolatore digitale

Sulla base delle specifiche di temporizzazione individuali per l’isolatore digitale e per il transceiver CAN, i dati combinati possono essere calcolati come segue (come mostrato in Figura 3 e Figura 4):

Ritardo di loop totale dall’ingresso del driver all’uscita del ricevitore: Ritardo di loop CAN + 2 x Ritardo di ritardo propagazione isolatore.

Figura 3. Ritardo di loop totale per sistema CAN isolato

Tempo di bit minimo sui pin di uscita del bus = Tempo CAN tBIT(BUS) minimo – Massima distorsione dell’ampiezza dell’impulso dell’isolatore. Tempo di bit massimo sui pin di uscita del bus = Tempo CAN tBIT(BUS) massimo + Massima distorsione dell’ampiezza dell’impulso dell’isolatore. Tempo di bit minimo sui pin di uscita del ricevitore = Tempo CAN tBIT(RXD) minimo – 2 x Massima distorsione dell’ampiezza dell’impulso dell’isolatore. Tempo di bit massimo sui pin di uscita del ricevitore = Tempo CAN tBIT(RXD) minimo + 2 x Massima distorsione dell’ampiezza dell’impulso dell’isolatore.

Figura 4. Tempo di bit totale per CAN isolato

Sulla base delle formule sopra indicate, la Tabella 4 mostra le specifiche di temporizzazione combinate della soluzione CAN isolata a due chip.

Tabella 4. Specifiche di temporizzazione CAN isolato discreto

Dalla tabella risulta chiaro come l’isolatore Grado 0 ISO7741E-Q1, se utilizzato insieme al transceiver CAN FD Grado 0 TCAN1044EV-Q1, può soddisfare le specifiche ISO 11898-2:2016 fino alla velocità del CAN FD per 2 Mbps.

Questo articolo ha trattato le specifiche di temporizzazione fondamentali ed esempi di calcolo per determinare se l’isolatore discreto e il transceiver CAN scelti sono in grado di soddisfare gli standard CAN. Una scelta dei componenti giusti sin dall’inizio garantisce il corretto funzionamento del sistema CAN e velocizza il rilascio in produzione.

 

A cura di Max Robertson, Transceivers Applications Manager; Abhi Aarey, ISO Applications Manager; Neel Seshan, ISO Marketing Manager

 

 

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