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CAN (控制器局域網(wǎng)) 是一種與汽車和工業(yè)應(yīng)用高度相關(guān)的通信技術(shù)。隨著附加功能被集成到這些應(yīng)用中，對更復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)和更快速數(shù)據(jù)速率的需求正在增加。這兩種需求都與總線上信號振鈴的增加效應(yīng)相沖突，這突出說明了CAN介質(zhì)訪問傳統(tǒng)技術(shù)的能力有限。CAN信號增強能力 (SIC) 的引入可能改變這種狀況。

  數(shù)十年的CAN轉(zhuǎn)型

  CAN于20世紀90年代推出，專用于汽車行業(yè)。此后，該技術(shù)不斷發(fā)展壯大，以支持更復(fù)雜的汽車網(wǎng)絡(luò)和越來越多的節(jié)點。CAN FD (靈活的數(shù)據(jù)速率) 是針對CAN網(wǎng)絡(luò)的高帶寬通信需求而開發(fā)的。

CAN FD是經(jīng)典CAN協(xié)議的擴展，利用高速 (HS) CAN收發(fā)器將數(shù)據(jù)傳輸速率提高到5 Mbit/s。但是由于信號振鈴的影響，在實際拓撲中，其可實現(xiàn)的數(shù)據(jù)速率不會超過2 Mbit/s。CAN SIC收發(fā)器 (如恩智浦TJA146x) 主動改善信號，因此受振鈴的限制較小，在更復(fù)雜的拓撲中可實現(xiàn)更高的比特率，對現(xiàn)有的CAN FD網(wǎng)絡(luò)形成補充。

表1：多種收發(fā)器技術(shù)之間的比較和所得到的最大可實現(xiàn)數(shù)據(jù)速率

  轉(zhuǎn)向工業(yè)

  CAN SIC在汽車業(yè)的成功應(yīng)用使其在工業(yè)應(yīng)用中也得到了廣泛普及。雖然IP通信越來越受到重視，但CAN總線技術(shù)具有穩(wěn)健、可靠、成本低廉等特點，仍然是工業(yè)領(lǐng)域的一項關(guān)鍵技術(shù)。

CAN網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)存在于幾大工業(yè)領(lǐng)域，包括嵌入式機器控制、移動機器人、醫(yī)療保健、電梯工業(yè)，以及用于海洋地面，甚至外太空。采用CAN SIC收發(fā)器，可以大大提高CAN FD網(wǎng)絡(luò)在這些行業(yè)的性能。這種改進至關(guān)重要，因為一些工業(yè)應(yīng)用需要在復(fù)雜的拓撲中跨越很長的距離才能連接其網(wǎng)絡(luò)。如果無人值守，則可能會導(dǎo)致信號振鈴，從而更難以達到所需的帶寬，也無法創(chuàng)建在布線和成本方面有效的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計。

  利用CAN SIC實現(xiàn)更多功能

  為了說明CAN SIC的優(yōu)勢，我們研究了移動機器人的案例。這種類型的應(yīng)用可以在菊花鏈網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)，通常使用有限的2 Mbit/s數(shù)據(jù)速率以避免信號振鈴的限制，并可靠地運行網(wǎng)絡(luò)。但還有一種替代拓撲具有多種優(yōu)勢。

圖1：線性拓撲和多樁拓撲組成同一網(wǎng)絡(luò)的對比

  帶有中央端接的多樁拓撲涉及優(yōu)化電纜長度，從而降低主網(wǎng)絡(luò)和潛在冗余網(wǎng)絡(luò)的重量和成本。它還可以降低通信和丟失終端的風險，并通過將終端遷移到中央ECU來提供標準化的電機ECU (電子控制單元)。盡管有這些優(yōu)勢，多樁拓撲有個主要缺點，即線樁增加了信號振鈴效應(yīng)并因此限制了使用標準CAN FD收發(fā)器可以達到的數(shù)據(jù)速率。

  如果主動改善信號，CAN SIC可以避開振鈴效應(yīng)。圖2中的仿真結(jié)果說明在多樁拓撲中，CAN SIC與CAN FD相比如何實現(xiàn)可靠的通信，從而允許數(shù)據(jù)速率超過2 Mbit/s并創(chuàng)建更高效且更安全的拓撲設(shè)計。沒有CAN SIC，更有效的拓撲結(jié)構(gòu)就無法運行可靠的2Mbit/s CAN FD通信。

  圖2：在具有中央端接的多樁網(wǎng)絡(luò)中進行2Mbit/s CAN SIC仿真

圖3：在具有中央端接的多樁網(wǎng)絡(luò)中進行2Mbit/s CAN FD仿真

  如圖1所示，在具有中央端接的同一多樁拓撲中，模擬2 Mbit/s的CAN SIC (圖2) 和CAN FD (圖3) 性能。紅色方框表示信號的禁區(qū)，用于可靠通信;紅色方框表示CAN SIC更緊密，因為改善了對稱定時性能。通過實施CAN SIC，CAN信號得到了改善，為將可達數(shù)據(jù)速率提高到5 Mbit/s創(chuàng)造了空間。

  對于長網(wǎng)絡(luò)和CAN SIC，還需要進行一些評估。在1992年成立的非營利性用戶和制造商組織CAN in Automation (CiA) 中，海洋業(yè)正在尋找長度約500米的CAN FD網(wǎng)絡(luò)。還有其他具有長網(wǎng)絡(luò)需求的應(yīng)用領(lǐng)域，包括起重機、土方機械和電梯，不勝枚舉。這些領(lǐng)域的一個關(guān)鍵問題是抑制網(wǎng)絡(luò)線路上的振鈴，同時防止壓降導(dǎo)致比特錯誤。