CAN SIC革命席捲工業應用

控制器區域網路(Controller Area Network, CAN)是一種與汽車和工業應用高度相關的通訊技術。隨著附加功能被整合進這些應用中，應用對於更複雜網路和更高資料速率的需求正逐漸增加。這兩種需求皆與匯流排上因此增加的訊號振鈴(Signal Ringing)影響相衝突，顯示CAN介質通訊傳統技術的能力有限。CAN訊號增強能力(Signal Improvement Capability, SIC)的引入可能改變這種狀況。

數十年的CAN轉型

CAN於20世紀90年代推出，專用於汽車產業。此後，該技術不斷發展壯大，以支援更複雜的汽車網路和越來越多的節點。CAN FD(Flexible Data Rate)專門為CAN網路的高頻寬通訊需求而開發。

CAN FD是經典CAN協定的擴展，利用高速(High-speed, HS)CAN收發器將資料傳輸速率提高至5Mbps。不過，由於訊號振鈴的影響，在實際拓撲中，CAN FD可實現的資料速率不會超過2Mbps。CAN SIC收發器(如恩智浦TJA146x)主動改善訊號，因此受振鈴的限制較小，在更複雜的拓撲中可實現更高的位元速率，對現有的CAN FD網路形成補充(表1)。

CAN SIC為汽車產業帶來許多優勢，但其應用領域並不限於汽車產業。

CAN SIC轉向工業

CAN SIC在汽車業的成功應用使其在工業應用中也廣泛普及。雖然IP通訊越來越受到重視，CAN匯流排技術依舊具有穩健、可靠、成本低廉等特點，仍然是工業領域的關鍵技術。

CAN網路已經存在於幾大工業領域，包括嵌入式機器控制、移動機器人、醫療保健、電梯工業，以及用於海洋地面，甚至是外太空。採用CAN SIC收發器可以大大提高CAN FD網路在上述產業的性能。這種改進至關重要，因為一些工業應用需要在複雜的拓撲中跨越很長的距離才能連接其網路。如果無人值守，則可能導致訊號振鈴，更難達到所需的頻寬，也無法創建在布線和成本方面有效的網路設計。

利用CAN SIC實現更多功能

為了說明CAN SIC的好處，以下將以移動機器人作為研究案例進行說明。這類應用可以在菊花鏈網路中實現，通常具有2Mbps的有限可實現資料速率，以避免訊號振鈴的限制並可靠地運行網路。不過，還有一種替代拓撲可以提供多種好處。

帶有中央端接的多樁拓撲涉及電纜長度優化，以此降低主網路和潛在冗餘網路的重量及成本(圖1)。多樁拓撲還可以降低通訊和丟失終端的風險，並藉由將終端遷移到中央電子控制單元(Electronic Control Unit, ECU)來提供標準化的電機ECU。在擁有這些優勢的同時，多樁拓撲仍具有一個主要缺點，即線樁增加了訊號振鈴效應並因此限制了使用標準CAN FD收發器可以達到的資料速率。

如果主動改善訊號，CAN SIC可以避開振鈴效應。圖2的模擬結果說明在多樁拓撲中，CAN SIC與CAN FD相比如何實現可靠的通訊，進而允許資料速率超過2Mbps並創建更高效且更安全的拓撲設計。沒有CAN SIC，更有效的拓撲結構就無法運行可靠的2Mbps CAN FD通訊。

圖2及圖3在具有中央端接的同一多樁拓撲中，分別模擬2Mbps的CAN SIC(圖2)和CAN FD(圖3)性能，如圖1所示。紅色方框表示訊號的禁區，用於可靠通訊；紅色方框表示CAN SIC更緊密，因為改善了對稱定時性能。透過實施CAN SIC，CAN訊號可得到改善，讓資料速率能夠提高至5Mbps。

展望CAN未來

對於長網路(Long Network)和CAN SIC，還需要進行一些評估。在1992年成立的非營利性使用者和製造商組織CAN in Automation(CiA)中，海洋業正在尋找長度約500公尺的CAN FD網路。還有其他具有長網路需求的應用領域，包括起重機、土方機械和電梯，不勝枚舉。這些領域的其中一個關鍵問題就是抑制網路線路上的振鈴，同時防止壓降導致位元錯誤。

CiA常務董事Holger Zeltwanger解釋道，基建、採礦機械、海事電子和機車車輛等產業有時在採用新通訊技術方面比較保守。CiA組織正與感興趣的CiA成員合作，評估恩智浦的TJA146x CAN SIC收發器在具有長端接線樁和非長端接線樁的長網路中使用的情況。這種評估將提高非汽車應用對CAN SIC的接受程度，因為功能安全和網路安全需求提升將繼續推動從經典CAN到CAN FD的升級。

(本文作者Teun Hulman為恩智浦產品行銷經理；Holger Zeltwanger為CAN in Automation(CiA)常務董事)