◎CAN總線收發(fā)器驗證

21世紀電動車全面啟動是汽車工業(yè)的大革命，自動駕駛技術讓通行更便利也改變?nèi)祟惖鸟{駛習慣。在控制單元高度電子化的整車架構下，CAN總線為關鍵通訊接口之一。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，可透過三種方式來進行評估。

如圖一所示為三種用來驗證CAN總線收發(fā)器在相對環(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 (Node) 電磁兼容性能評估與多節(jié)點 (Multi-Nodes) 互操作性評估。在收發(fā)器單體方面，用來驗證是否達到國際標準化組織 (ISO) 和國際汽車工程協(xié)會 (SAE International ) 相關標準要求的電性。單節(jié)點則用SAE International標準用來評估相對環(huán)境架設下的電磁干擾與忍受度，而多節(jié)點的方式則用來評估不同功能收發(fā)器在指定通訊速率的互操作性能。除了自我評估的方式外，也可透過國際主流車廠或T1供應商認可的第三方實驗室進行驗證評估后取得相關報告。

圖一. CAN收發(fā)器驗證方式

◎ 一致性測試計畫 (Conformance Test Plan)

最新版本的CAN總線高速物理層標準為ISO 11898-2:2016[1]，定義使用串列通訊協(xié)議支援分布式即時控制和多工應用于道路用車。除了規(guī)范其電氣特性行為外，并要求需參考ISO 16845-2:2018[2]標準來進行一致性測試計畫 (Conformance Test plan)。一致性測試計畫定義出檢測的類型與架設方式，其一致性測試是用于檢測收發(fā)器元件是否符合相關標準以確保產(chǎn)品質(zhì)量的測試過程，內(nèi)容包含靜態(tài) (Static tests) 與動態(tài)測試 (Dynamic tests)。在CAN網(wǎng)絡中，每個電子控制單元 (ECU)的質(zhì)量不一致即可能會導致錯誤、網(wǎng)絡故障或網(wǎng)絡癱瘓等問題。因此，為了保證CAN總線網(wǎng)絡的正常安全運行，必須對其元件進行一致性測試。

靜態(tài)測試是在參考環(huán)境中使用預定義的設置進行，以確保測試結果有高度可重復性和可比性。測試時將檢查 CAN 總線收發(fā)器規(guī)格書的相關參數(shù)，及電性參數(shù)定義的最大最小值是否符合標準要求，預期檢測結果須符合ISO11898-2:2016的電性與極限值范圍。下圖二為利用預定義的架設要求來進行測試并描述待測物的輸入控制訊號與輸出訊號關系，其周圍元件只放置電阻、電容，但不放置靜電防護元件[1]。 (RL = 60Ω±0.6Ω, C1 = 4.7nF±0.235nF & C2 = 100pF±1pF)

圖二. Default setup for test

動態(tài)測試提高在系統(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。動態(tài)測試中包含的類型如下圖三，架設環(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]支援可變動高速資料傳輸達5Mbit/s，在其實驗組合中于資料段驗證只需實驗2Mbit/s和5Mbit/s，因仲裁段即已采用500kbit/s速率實現(xiàn)。實際測試項目則是依據(jù)CAN收發(fā)器本身支援的相關功能，例如，收發(fā)器本身可提供的喚醒機制來加入做搭配實驗。

此實驗評估將采用兩種網(wǎng)絡搭配來進行測試，有同性質(zhì)網(wǎng)絡 (Homogeneous Network) 和異性質(zhì)網(wǎng)絡 (Heterogeneous Network)。同性質(zhì)網(wǎng)絡測試有包含8個節(jié)點搭配資料速度達5Mbit/s的網(wǎng)路拓樸與16個節(jié)點搭配資料速度2Mbit/s的網(wǎng)路拓樸。異性質(zhì)網(wǎng)絡測試則是混合不同CAN總線收發(fā)器品牌，并在不同資料傳輸速度下的網(wǎng)路拓樸實驗。在異性質(zhì)網(wǎng)絡的實驗可以判斷，當與不同收發(fā)器廠家搭配且某部分電性極限值差異的環(huán)境下，是否會有不同的測試結果。

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

此外，其實驗過程中引入7個主要測試流程，根據(jù)正常工作模式、低功耗模式、有故障和無故障的所有可能組合。此外還加入失效現(xiàn)象搭配實驗，例如：CANH或CANL訊號斷路、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訊號同時斷開的現(xiàn)象。透過幾種在實際汽車環(huán)境較常見的失效行為，來模擬當失效事件產(chǎn)生并回復到正常情況時候，是否CAN收發(fā)器仍無損壞且能在定義的行為下繼續(xù)通訊。圖四是模擬當總線上的所有ECU在正常模式時，在第三步驟模擬幾種失效現(xiàn)象后，并排除失效現(xiàn)象回復正常至少1.5秒以上。在第五步驟則是進入省電模式后，再透過總線機制喚醒節(jié)點。其過程中在２、４和６步驟結束后，所有的節(jié)點都必須能執(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)與動態(tài)測試計畫，表示相對提高系統(tǒng)中當有不同收發(fā)器間互操作性的置信度?？煽s短系統(tǒng)開發(fā)工程師評估時間，并取得車廠較高度評價。

◎ Conclusion

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

圖五. AZKN1044T Conformance Test Report