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1 ICS T24 中华人民共和国国家标准 GB/T XXXXX XXXX 乘用车 CAN 总线物理层技术要求 Pssenger Cr Physicl Lyer Technicl Specifiction of CAN Bus 点击此处添加与国际标准一致性程度的标识 ( 征求意见稿 ) XXXX - XX - XX 发布 XXXX - XX - XX 实施

2 目 次 前言... III 1 范围 规范性引用文件 术语与定义 术语缩写 物理层 (PL) 功能模型 概述 功能模型 物理信令层 (PLS) 规范 概述 位编码 / 解码 同步 位时间要求 物理信令层接口定义 高速媒介访问单元 (MAU) 规范 高速媒介访问单元功能描述 高速媒介访问单元电气规范 带低功耗模式的高速媒介访问单元 (MAU) 规范 带低功耗模式高速媒介访问单元功能描述 低功耗模式高速媒介访问单元电气规范 带选择性唤醒功能的高速媒介访问单元 (MAU) 规范 带选择性唤醒功能的媒介访问单元的功能描述 选择性唤醒功能高速媒介访问单元的电气规范 电磁兼容要求 离线工具要求 离线工具电容负载 离线工具传输延时 离线工具线束要求 总线错误管理 物理层错误接口 总线失效检测 I

3 II

4 前 言 本标准按照 GB/T 给出的规则编制 本标准由全国汽车标准化技术委员会 (SAC/TC 114) 归口并解释 本标准主要起草单位 : 本标准主要起草人 : 本标准为首次发布 III

5 乘用车 CAN 总线物理层技术要求 1 范围 本标准规定了高速 CAN 总线物理层网络的术语和定义 物理信令层 (PLS) 高速媒介访问单元 (HS-MAU) 电磁兼容 离线工具 总线错误管理的技术要求, 适用于最高 1MBPS 通讯速率的高速 CAN 总线, 主要解决高速 CAN 总线物理层的实现 基于低速容错 CAN 总线没有在国内找到整车厂应用的实例以及国外也处于淘汰边缘的实际情况, 暂不考虑将低速容错 CAN 总线物理层标准纳入该技术要求 标准定义的高速媒介访问单元 (HS-MAU) 包含三种类型, 分别是高速媒介访问单元, 带低功耗模式的高速媒介访问单元, 带选择性唤醒功能的高速媒介访问单元 媒介访问单元 (MAU) 包括物理媒介附属装置 (PMA) 和媒介依赖接口 (MDI) 2 规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的 凡是注日期的引用文件, 仅所注日期的版本适用于本文件 凡是不注日期的引用文件, 其最新版本 ( 包括所有的修改单 ) 适用于本文件 GB/T 道路车辆 - 由传导和耦合引起的电骚扰 - 第 2 部分 : 除电源线外的导线通过容性和感性耦合的电瞬态发射 GB XXXXX 道路车辆电磁兼容性要求和试验方法 ISO 道路车辆 - 控制器局域网络 (CAN)- 第 1 部分 : 数据连接层和物理信号 ISO 道路车辆 - 控制器局域网络 (CAN)- 第 2 部分 : 高速媒介访问单元 ISO 道路车辆 - 控制器区域网络 (CAN)- 第 5 部分 : 带低功率模式的高速媒介访问单元 ISO 道路车辆 - 控制器区域网络 (CAN)- 第 6 部分 : 带选择性唤醒功能的高速媒介访问单元 ISO/IEC 信息技术 - 系统间的通信与信息交互 - 区域网络 - 特殊需求 - 第 3 部分 : 具有冲突检测的载波检波复合存取 (CSMA/CD) 的存取方法和物理层规范. SAE J 乘用车辆的高速控制器局域网 (HSC) 3 术语与定义 下列术语和定义适用于本文件 3.1 位速率 it rte 单位时间传输的位的个数, 不依赖于位的表示形式 3.2 1

6 位时间 it time t B 一位的传输持续时间 3.3 总线 us 所有节点以允许双向传输的被动连接方式接入网络的通讯网络的拓扑 3.4 总线状态 us stte 两种逻辑状态中的一种 : 显性或隐形 3.5 帧 frme 在传输介质中, 数据链路 PDU 规定位的排布和含义或者传递的序列中的位域 3.6 节点 node 连接在通讯网络上, 能按照某一通讯协议通过网络进行通讯的设备的集合 注 :CAN 节点就是通过 CAN 网络通讯的节点 作 3.7 协议 protocol 关于节点之间信息交换的正式的协定或规则, 包括帧管理 帧传输和 PL 的规范 3.8 总线电压 us voltge VCAN_L 和 VCAN_H 表示总线 CAN_L 和 CAN_H 对各自 CAN 节点地的电压 3.9 共模总线电压范围 common mode us voltge rnge 如果到达最大数目的 CAN 节点被连接到总线上, 那么对 VCAN_L 和 VCAN_H 的边界电压来说要保证正当的操 3.10 内部差分电容 ( 一个 CAN 节点 )differentil internl cpcitnce (of CAN node) Cdiff 当 CAN 节点从总线上断开时, 在隐性状态期间 CAN_L 和 CAN_H 之间的电容 3.11 内部差分电阻 ( 一个 CAN 节点 )differentil internl resistnce (of CAN node) Rdiff 2

7 当 CAN 节点从总线上断开时, 在隐性状态期间 CAN_L 和 CAN_H 之间的电阻 3.12 差分电压 (CAN 总线 )differentil voltge (of CAN us) Vdiff CAN 总线两条线的差分电压 :Vdiff=VCAN_H--VCAN_L 3.13 内部电容 ( 一个 CAN 节点 )internl cpcitnce (of CAN node) Cin 当 CAN 节点从总线上断开时, 在隐性状态期间 CAN_L( 或 CAN_H) 和地之间的电容 3.14 内部延迟时间 ( 一个 CAN 节点 )internl dely time (of CAN node) Tnode 与 CAN 总线断开的每个 ECU 节点的协议集成电路的位定时逻辑单元来说, 所有发生在传输和接收路径 上的异步延时时间总和 3.15 内部电阻 ( 一个 CAN 节点 )internl resistnce (of CAN node) Rin 当 CAN 节点从总线上断开时, 在隐性状态期间 CAN_L( 或 CAN_H) 和地之间的电阻 3.16 物理层 physicl lyer 一个 CAN 节点连接到总线上的电路 ( 总线比较器和总线驱动器 ), 它由模拟电路和数字电路组成, 还有 CAN 总线上的模拟信号和 CAN 节点内部的数字信号之间的接口组成 注 : 连接到总线上的 CAN 节点总数受到总线上电器负载的限制 3.17 总线的物理媒介 physicl medi (of the us) 依赖于 EMC 的要求的屏蔽或非屏蔽的双绞线 注 : 每根线被指定为 CAN_L 和 CAN_H CAN 节点相应的 PIN 脚定义也分别由 CAN_L 和 CAN_H 表示 在显性状态中,CAN_L 的电压比隐性状态要低,CAN_H 的电压比隐性状态要高 3.18 VCC VCC 正常模式下的用于总线发送器 接收器和可选的分离式终端电压 VSplit 的 CAN 节点物理层的供电电压 3.19 分离式终端电压 split termintion voltge VSplit CAN 节点的分离式终端供给输出相对于模块的信号地的输出电压 3

8 3.20 传播时间 propgtion time tprop CAN 节点信号传播时间的测量从 MAU 的一个发送数据输入边沿到相应的接收数据输出边沿 3.21 唤醒过滤时间 wke-up filter time, twke CAN 节点在 CAN_L 和 CAN_H 总线上的显性信号的持续时间, 用于迫使唤醒 CAN 节点 3.22 偏置单元 is unit 收发器的一部分, 提供偏置电压 注 : 图 1 描述了收发器的各子模块 3.23 数据屏蔽指示位 dt msk it 可选的配置位, 用来屏蔽 DLC 和数据域判断以确认网络唤醒报文 3.24 解码单元 decoding unit 带有选择性唤醒功能的控制单元的一部分, 用来分析 CAN 通信, 监测网络唤醒报文 注 : 图 1 描述了收发器的各子模块 3.25 模式控制单元 mode control unit 带有选择性唤醒功能的控制单元的一部分, 用来控制所有的功能和收发器的其他子模块 注 : 图 1 描述了收发器的各子模块 3.26 选择性唤醒 selective wke-up 收发器的功能, 以保证 CAN 系统可实现局部网络功能 3.27 接收器 receiver 收发器的子部件, 用于负责把物理总线信号转换成逻辑信号并且把它们提供成 CAN 控制器 注 : 图 1 描述了收发器的各子模块 4

9 图 1 收发器的子模块 3.28 发送器 trnsceiver 收发器的子部件, 用于负责把逻辑信号转换成物理总线信号并且把它们发送到 CAN 总线 注 : 图 1 描述了收发器的各子模块 3.29 收发器 trnsmitter 将逻辑信号转化成物理层信号的组件, 反之亦然 注 : 图 1 描述了收发器的各子模块 3.30 CAN 活动过滤时间 CAN ctivity filter time tfilter CAN_H 和 CAN_L 总线上的显性和隐性电平持续的时间, 用来监测 CAN 总线上的活动 3.31 唤醒报文 wke-up frme 分析后用来唤醒一个或多个 CAN 节点的 CAN 报文 3.32 唤醒模式 wke-up pttern 两个周期的显性总线电平, 被持续至少 tfilter 时间的隐形总线电平分开 4 术语缩写 5

10 下列缩略语适用于本文件 AC: 交流电 ACK: 应答 BR: 位速率 tb: 位时间 CAN : 控制器局域网络 CRC: 循环冗余码校验 CSMA: 载波侦听多路访问 DC: 直流电 DLC: 数据长度编码 ECU: 电子控制单元 EOF: 帧结束 EMC: 电磁兼容性 FCE: 故障限制实体 GND: 地 HS-MAU: 高速媒介访问单元 IC: 集成电路 ID: 标识符 ITM: 间歇场 KBPS: 千比特每秒 MAC: 媒介访问控制 MAU: 媒介访问单元 MDI: 媒介依赖接口 PDU: 协议数据单元 PL: 物理层 PLS : 物理层信令 PMA: 物理媒介附属装置 SJW: 同步跳转宽度 WUF: 唤醒帧 WUP: 唤醒方式 5 物理层 (PL) 功能模型 5.1 概述物理层为连接总线与节点之间的电路 CAN 总线上的节点总数受总线负载的限制 作为推荐, 常用的 500 KBPS 信号通信速率的网络, 应当支持最多 16 个节点和最少 2 个节点之间的信息传输,125 KBPS 和 250KBPS 信号通信速率的网络, 应当支持最多 32 个节点和最少 2 个节点之间的信息传输 5.2 功能模型根据 ISO/IEC8802-3,PL 模型如图 2 所示 物理层 (PL) 分为三个部分 6

11 开放式系统互联参考模型层级 CAN 层级 应用层 表示层 会话层 逻辑链路层 传输层 媒介访问控制 网络层 物理信令层 数据链路层 物理层 物理媒介附属 媒介依赖接口 媒介访问单元 媒介 图 2 物理层架构模型 ) 物理信令层 (PLS) 包含的功能与位表示 定时和同步相关 ) 物理媒介附属 (PMA) 包含总线发送 / 接收功能电路的电器特性 c) 媒介依赖接口 (MDI) 包括物理媒介和与 MAU 间的机械和电气接口 6 物理信令层 (PLS) 技术要求 6.1 概述在位时间内,CAN 协议集成电路执行总线管理功能, 如 CAN 节点同步行为 网络传输延时补偿和采样点定位等 6.2 位编码 / 解码 位时间标准位速率 (BR) 给出了理想状态下发送器在没有重新同步的情况下每秒发送的位数量 标准位时间 t B 为标准位速率的倒数 (t B =1/BR) 标准位时间可划分为 4 个不重叠的时间片段, 如图 3 所示 : 图 3 位时间划分 同步段 (Sync_Seg), 7

12 传播时间段 (Prop_Seg), 相位缓冲段 1(Phse_Seg1), 相位缓冲段 2(Phse_Seg2) 同步段 : 位时间中的这部分用于同步总线上不同的节点 这一段内要有一个跳变沿 传播段 : 传播段用于补偿网络内的物理延时时间 这些延时时间包括总线上的信号传输时间和 CAN 节点内部延时 相位缓冲段 1, 相位缓冲段 2: 相位缓冲段用于补偿跳变沿相位错误 这两个段可以通过重新同步加长或者缩短 采样点 : 采样点是读总线电平并解析各个位的值的一个时间点 采样点位于相位缓冲段 1 之后 信息处理时间 : 信息处理时间是以采样点作为起始, 用于后续位电平的计算的时间段 同步跳转宽度 (SJW): 重新同步的结果使相位缓冲段 1 增长, 或使相位缓冲段 2 缩短 相位缓冲段的加长或缩短的数量有一个上限, 此上限由同步跳转宽度给定 内部延迟时间 :CAN 节点内部延迟时间,tnode, 是发生在发送或接收过程中的异步延时的总和, 涉及独立的 CAN 节点协议 IC 的位定时逻辑单元 更多说明见图 4 关于图 4: 图 4 仲裁时 CAN 节点 A 和 B 位定时的时间关系 CAN 节点位定时和延时 1) CAN 节点输入输出延迟的总和与位定时逻辑密切相关, 是 CAN 节点的一个重要参数 t node 2) 为了合适的仲裁, 应满足以下 t t t output t 关于 CAN 同步时传输位时间逻辑, 在采样点节点 A 将可以获得第 n 位正确的总线电平 Tnode 的容许值依赖于总线需求的位速率 线束长度 ( 两节点间最远距离 ) 和如图 4 所示仲裁下合理的位时间 8 t input 2 Pr op nodea nodeb t usline

13 6.2.2 位时间的规划位时间的规划以下时间周期进行 ( 见图 4) ) 时间份额 (Time quntum) 时间份额是派生于振荡器周期的固定时间单元 存在有一个可编程分频器, 采用积分值, 范围在 1-32, 以最小时间份额为起点, 时间份额的长度为 : 时间份额 (TIME QUANTUM)=m * 最小时间份额,m 为预比例因子 ) 时间段的标称长度 ( 在非同步情况下 ) 同步段的长度为一个时间份额 信息处理时间小于或等于两个时间份额 传播时间段的长度可设置为 1,2,3,,8 或者更多时间份额 用于补偿实际网络中的延迟时间, 取整为最近的整数时间份额 相位缓冲段 1 的长度可设置为 1,2,3,,8 或者更多时间份额 相位缓冲段 2 取相位缓冲段 1 和消息处理时间的最大值 SJW 为可编程值, 在 1 与相位缓冲段 1 和 4 的最小值之间取值 另外, 没必要分别设置传播时间段和相位缓冲段 1 的长度, 设置好二者的总和就足够了 一个位时间中 tq 总数可设置为至少 8~25 个 为了提供一个系统范围的规定的时间份额, 不同节点的晶振频率必须保持一致 协议 IC 的晶振容差 ( 见 6.3.5) 和潜在的错误同步由相位缓冲段 1 和相位缓冲段 2 决定 6.3 同步 描述硬件同步和重新同步是同步的两种形式 它们遵循以下规则 在一个位时间里只允许一个同步 ( 在两个采样点之间 ) ) 仅当采集点之前探测到的值与紧跟沿之后的总线值不相符合时, 才把隐性到显性边沿用于同步 ) 总线空闲期间 ( 除了空闲的第一个位 ), 若有隐性到显性的边沿, 无论何时, 都会执行硬同步 c) 符合规则 1 和规则 2 的所有其它的隐性到显性边沿可以用于重新同步 有一例外情况, 当发送一显性位的节点不执行重新同步而导致隐性到显性边沿, 此沿具有正的相位误差 同步沿的相位误差一个沿的相位误差 e, 由相关同步段的沿的位置给出, 以时间份额为量度 相位误差定义如下 : e = 0 如果沿处于同步段里, e > 0 如果沿位于采集点之前, e < 0 如果沿处于前一个位的采集点之后 硬同步硬同步后, 位定时逻辑单元会让位时间从同步段重新开始 因此, 硬同步将迫使引起硬同步的跳变沿处于重新开始的位时间同步段之内 位重同步 9

14 当引起重新同步的跳变沿的相位误差的幅值小于或等于重新同步跳转宽度的设定值时, 重新同步加长或缩短位时间来调整采样点的位置 当相位错误的量级大于重新同步跳转宽度时 : 如果相位误差 e 为正, 则相位缓冲段 1 增加一个与重新同步跳转宽度相等的值, 如果相位误差 e 为负, 则相位缓冲段 2 缩短一个与重新同步跳转宽度相等的值 如果相位缓冲段 2 缩短至一个小于信息处理时间的值, 子序列位电平的计算在相位缓冲段 2 的末尾完成 振荡频率容许范围标称振荡频率 fnom 在振荡频率 fosc 容许范围内, 该范围取决于相位缓冲段 1 相位缓冲段 2 重新同步 跳转宽度 (SJW) 和位时间 fosc 的最大公差 df 满足 : f 1 df 1 df nom 考虑以下两种情况 : df 1) 2) it f osc f nom ( Phse _ Seg1, Phse _ Seg 2) min 2 ( 13 tit Phse _ Seg 2) SJW df 20 t 两个振荡器之间最大的差异应小于 2 df f nom 6.4 位时间要求表 1 定义了 500KBPS 通信速率的 CAN 总线位时间要求表 1 500KBPS 位时间参数符号最小值额定值最大值单位 位时间 tb μ s 500KBPS( 0.50%) 媒介延时 tbus 264 ns ECU 延迟 tecu ns 时间量子 tq 200 ns 标准位时间必须可编程, 系统时钟周期的整数倍 一次通过 40m 的时间 表 2 为 500KBPS 通信速率的推荐的的位时间划分 表 2 500KBPS 位时间划分 位时间份额数 同步跳转宽度 相位缓冲段 2 最小值 相位缓冲段 2 最大值 采样点 %-86% %-86% %-85% %-84% 10

15 %-83% %-82% % % % % % % % 表 3 定义了 250KBPS 通信速率的 CAN 总线位时间要求 表 3 250KBPS 位时间 参数符号最小值额定值最大值单位 位时间 tb μ s 250KBPS( 0.75%) 媒介延时 tbus 1067 ns ECU 延迟 tecu ns 时间量子 tq 400 ns 标准位时间必须可编程, 系统时钟周期的整数倍 一次通过 40m 的时间 表 4 为 250KBPS 通信速率的推荐的的位时间划分 表 4 250KBPS 位时间划分 位时间份额数 同步跳转宽度 相位缓冲段 2 最小值 相位缓冲段 2 最大值 采样点 %-81% %-81% %-80% %-79% %-78% %-76% %-75% %-73% %-79% %-77% %-75% % % 表 5 定义了 125KBPS 通信速率的 CAN 总线位时间要求 表 5 125KBPS 位时间 11

16 参数符号最小值额定值最大值单位 位时间 tb μ s 125KBPS( 1.20%) 媒介延时 tbus 1067 ns ECU 延迟 tecu ns 时间量子 tq 1000 ns 标准位时间必须可编程, 系统时钟周期的整数倍 一次通过 40m 的时间 表 6 为 125KBPS 通信速率的推荐的的位时间划分表 6 125KBPS 位时间划分位时间份额数同步跳转宽度相位缓冲段 2 最小值相位缓冲段 2 最大值采样点 %-69% %-67% % % % 6.5 物理信令层接口定义 PLS 层接口包含 PLS 与 MAC 和 PMA 接口定义两部分 PLS 与 MAC 层服务 概述物理层的服务允许本地的 MAC 子层和对等的 MAC 子层进行数据位的交换 PL 对 MAC 子层提供以下服务原语包含 PLS_Dt.request PLS_Dt.indicte PLS_Dt.Request PLS_Dt.Request 原语由 MAC 子层发至 PL, 请求一个显性或隐性位的发送 该原语提供以下参数 : PLS_Dt.Request( Output_Unit ) 参数 Output_Unit 为显性和隐性中的一个 PLS_Dt.indicte PLS_Dt.indicte 原语由 PL 发至 MAC 子层, 用来指示一个显性或者隐性位的到达 原语提供以下参数 : PLS_Dt.indicte ( Intput_Unit ) 12

17 6.5.2 PLS 与 PMA 接口定义 PLS 至 PMA 的消息 ) 输出消息每当 PLS 层收到来自 MAC 的 Output_Unit, PLS 子层都向 PMA 子层发生一个 Output( 输出消息 ), 输出消息会导致 PMA 发送一个隐性位或显性位 ) Bus_off 消息每当 PLS 层收到来自错误界定实体的 us_off_request,pls 子层都都向 PMA 子层发送一个 us_off 消息 c) Bus_off_relese 消息每当 PLS 层收到来自错误界定实体的 Bus_off_relese_request,PLS 子层都都向 PMA 子层发送一个 Bus_off_relese 消息 PMA 至 PLS 的消息 ) 输入消息每当 MAU 接收到一个来自媒体介质的一个位,PMA 子层都会向 PLS 子层发送输入消息 输入信号向 PLS 表明到达的是一个显性位或者隐性位 7 高速媒介访问单元 (MAU) 技术要求 7.1 高速媒介访问单元功能描述 概述下列描述对双绞线差分总线有效 高速 CAN 总线的 PMA 子层规范 概述如图 5 所示, 总线终端有终端节点 A 和终端节点 B, 这样可以抑制反射 终端电阻可根据实际应用选择放置于 CAN 节点内或者至于 CAN 节点外部 终端 A CAN_H CAN_L 总线 终端 B 模拟电路 模拟电路 模拟电路 接收 发送 接收 发送 接收 发送 数字电路 CAN 节点 1 数字电路 CAN 节点 2 数字电路 CAN 节点 n 图 5 推荐的电器连接 推荐两个差分终端模型, 用于高速 MAU, 如下图 6: 13

18 CAN_H CAN_H CAN_H CAN_H R L /2 R L 分裂端 ( 可选 ) Csplit R L /2 分裂端 ( 可选 ) CAN_L CAN_L CAN_L CAN_L 图 6 单电阻终端和分离终端 若所有 CAN 节点的总线驱动关闭, 总线处于隐性状态 这种情况下, 中间电压由终端电阻和各 CAN 节点接收电路的高内部电阻生成 若至少一个 ECU 的总线驱动开启, 则有一个显性位发送给总线 这就引起电流通过终端电阻, 从而产生总线的双线之间的差分电压 通过将总线差分电压转换为接收电路比较器输入所对应的隐性和显性电平, 来检测显性和隐性状态 总线电平总线有两种逻辑状态 : 隐性或显性 ( 见图 7) 隐性状态下,VCAN_H 和 VCAN_L 皆固定不变, 都是中间电平, 由总线终端电阻决定 Vdiff 小于最大阀值 总线空闲或发送隐性位时, 总线为隐性状态 差分电压大于最大阀值时, 总线为显性状态 显性状态可覆盖隐性状态, 在显性位期间发送 仲裁期间, 各 CAN 节点可同时发送显性位 这种情况下的 Vdiff 大于单次运行的 Vdiff 单次运行是指总线只由一个 CAN 节点驱动 图 7 物理位表示 高速 CAN 总线 MDI 规范 14

19 连接端子用于连接 CAN 节点到总线上, 应满足电气规范中规定的需求 本规范的目的在于使最重要的电气参数标准化, 但不定义机械和材料参数 7.2 高速媒介访问单元电气规范 概述下列电气规范作用于传输速率高达 1 Mit/s 的双线差分总线 表 16 规范了图 5 和图 8 所示的终端电阻 R L R L CAN_L CAN_H CAN_L CAN_H ) 终端 A ) 终端 B 图 8 高速总线终端 高速 CAN 总线 PMA 子层电器规范 概述从 到 的参数应当贯穿于每个 CAN 节点的操作范围内 选择这些参数能够使最大数量的 CAN 节点连接到公共总线上 绝对最大额定值 ECU 在 和 下, 并不保证能够执行网络通信, 但 ECU 中相关的电子元件不得永久损坏 直流电压连接表 7 中为加在总线上不损坏 ECU 的绝对的最大和最小 DC 电压 表 7 CAN 节点的 VCAN_L 和 VCAN_H 的最大范围 标称电池电压 V 电压值 V 符号 最小 最大 VCAN_H VCAN_L VCAN_H VCAN_L c 要保证不能毁坏总线驱动电路且没有时间限制 非动力储存器温度 存储器温度在 40 至 +150 之间时 ECU 中电器元件不应永久的损坏 15

20 DC 参数 DC 操作包含 4 个 : 总线隐性状态, 连接到最大负载总线上总线隐性状态, 连接到最大负载总线上总线隐性状态, 不连接到总线上总线显性状态, 不连接到总线上保证任何两个 ECU 之间最大 DC 偏压为 2V, 可确保 ECU 在整车网络应用中的操作,ECU 温度应在如下范围内 : 高温在 40 至 +125 之间低温在 40 至 +85 之间 表 8 总线电压参数 隐性状态 参数符号单位 值 最小额定最大 共模总线电压 VCAN_H V VCAN_L V 在每个 CAN 节点接地处测量 总线差分电压 Vdiff mv 在每个连接到总线上的 CAN 节点处测量 总线差分电压由在隐性状态期间所有的 CAN 节点的输出所决定, 因此 Vdiff 接近于 0( 见表 10), 最小值由单个总线 器件产生一个显性位的最小值决定,Vdiff =1.2V 表 9 总线电压参数 显性状态 值 参数 符号 单位 最小 额定 最大 VCAN_H V 共模总线电压 VCAN_L V 在每个 CAN 节点接地处测量 总线差分电压 Vdiff V 在每个连接到总线上的 CAN 节点处测量 最小 VCAN_H 的值由最小 VCAN_L 的值加上最小 Vdiff 决定, 最大 VCAN_L 由最大 VCAN_H 的值减去最小 Vdiff 决定 总线负载随着接于网络的 CAN 节点增加而增加, Rdiff 增加, 导致 Vdiff 减少 最小 Vdiff 由总线上的允许连接的最大 CAN 节点数目决定 最大 Vdiff 由仲裁期间上限值决定 表 10 CAN 节点的隐性输出 DC 参数 值 参数 符号 单位 最小 额定 最大 总线输出电压 VCAN_H V VCAN_L V 无负载 总线输出差分电压 Vdiff mv 无负载 内部差分电阻 Rdiff kω 无负载 内部电阻 c 差分输入电压 Rin kω 5 50 Vdiff V d,e 负载连接在 CAN-H 和 CAN-L 之间 对于内部没有集成终端电阻的 CAN 节点 ( 正常应用 ), 这个电阻是 RL/2; 对于 16

21 内部集成终端电阻的 CAN 节点, 这个电阻是 RL, 在这种情况下, 在 CAN-H 和 CAN-L 之间的 RL 来代替 Rdiff CAN-H 和 CAN-L 的 Rin 应该近似相同 彼此相差不超过 3% c d e 接收显性位和隐性位的门限要确保抗扰度分别为 0.3V 和 0.5V 显性状态的最低值由 CAN-H 和 CAN-L 之间的负载电阻激发 ( 电压源的电容使驱动一个显性位的 CAN 驱动器内部电阻与总线负载电阻并联 ) 接收隐性位的门限 接收应确保共模电压符合表 8 和表 9 的范围 表 11 CAN 节点的显性输出 DC 参数 值 参数 符号 单位 最小 额定 最大 输出电压 VCAN_H V VCAN_L V 负载 RL/2 差分输出电压 Vdiff V 负载 RL/2 差分输入电压 c d Vdiff V 负载 RL/2,c d 负载连接在 CAN-H 和 CAN-L 之间, 对于内部没有集成终端电阻的 CAN 节点 ( 正常应用 ), 这个电阻是 RL/2; 对于 内部集成终端电阻的 CAN 节点, 这个电阻是 RL, 在这种情况下, 在 CAN-H 和 CAN-L 之间的 RL 来代替 Rdiff 接收显性位和隐性位的门限要确保抗扰度分别为 0.3V 和 0.5V 显性状态的最低值由 CAN-H 和 CAN-L 之间的负载 电阻激发 ( 电压源的电容使驱动一个显性位的 CAN 驱动器内部电阻与总线负载电阻并联 ) 开始接收显性位 接收应确保共模电压符合表 8 和表 9 的范围 AC 参数 表 12 CAN 节点从总线断开后的 AC 参数 参数单位数值 位时间 tb μ s 1 最小正常最大 内部电容 Cin pf 20 内部差分电容 Cdiff pf 10 1Mit/s 最小位时间对应于最大位速率 1Mit/s 由于内部电容限制, 总线的连接应当具有尽可能低的自感应系数 这对高位比率尤其重要 Cin 和 Cdiff 的最小值 可能为 0 最大可能值由位时间和网络布置参数还有 L1 和 d 决定 ( 详见表 17 的脚注 ) 如果一系列事件的波形 没有使每个不同的节点的显性电压在不同的电压下都低于 Vdiff=0.9V, 也没有使隐性电压在不同的电压下高于 Vdiff=0.5V, 这样功能参数就会保证 ( 见表 10 和表 11) 媒介依赖接口 (MDI) 电气规范连接器 CAN_H 和 CAN_L 引脚的特性阻抗应该匹配线的阻抗 ( 见表 14), 连接器额外的要求见表 13 表 13 连接器参数参数符号单位最小值额定值最大值 17

22 电压 U V 16 额定 VBAT=12V U V 32 额定 VBAT=24V 电流 I ma 峰值电流 IP ma 500 传输频率 f MHz 25 接触电阻 时间约束 :101tB RT mω 由接收 ECU 检测的总线线路电压差, 该接收 ECU 依赖于它自己和传输 ECU 之间的线路电阻 因此, 信号线总电 阻由每个 ECU 的总线参数水平限定 物理媒介电气规范 概述 性 CAN 总线电缆的选择应满足如下规定 规范的目的是建立电气特征, 并不说明电缆的机械和材料特 双绞线物理层媒介参数 表 14 中定义双绞线物理媒介参数 参数符号单位 表 14 双绞线电缆的物理媒介参数 数 值 最小额定最大 阻抗 Z Ω 两根信号线之间测量 线电阻 R mω /m 70 单位线延时 tdelay ns/m 5.5 双绞线绞距 RATETWIST Twists/meter 由接收 ECU 检测的总线差分电压依赖于它和传输 ECU 之间的线电阻 因此, 信号线总电阻由每个 ECU 的总线标准 参数限定 总线上两点之间的最小延时可以为零 最大值由位时间和收发电路的延迟时间来决定 终端电阻总线的终端应有适合的电阻用来调整 CAN_H 和 CAN_L 线的负载阻抗, 该终端电阻应连接在 CAN_H 和 CAN_L 导线之间 终端电阻 RL 用于终端 A 和终端 B, 该终端电阻特性应符合表 15 中规定的 表 15 终端电阻 符号 单位 数 值 最小额定最大 备注 () RL Ω P mw 220 终端电阻的功耗 由布局和位速率以及斜率决定, 偏离 120Ω 是可能的 然而, 必须检查每种情况下各个电阻值的适用性 另外, 可用单独的中心总线电阻, 在这种情况下终端集中在一个电阻里面,RL/2 动力损耗最少 440mw 中心电阻可采用 分离终端, 每个电阻为 RL/4, 至少 220mw 18

23 分离式终端 RL 分成两个相匹配的电阻, 目的获得好的电磁放射性能, 两个相同的分离式终端电阻, 推荐不超过 1% 偏差 选择电容若采用分离式电阻, 陶瓷电容将要连接到 GND 和终端中心如图 6, 这个电容用于稳定分离式电阻的中心电压, 改善系统的 EMC 性能 表 16 电容参数参数符号单位最小值额定值最大值选择电容 CSplid nf 最小电压 >58V 注 : 推荐的 CSplid 在 1nF 和 100nF, 它依赖于达到最优的系统性能的网络尺寸和拓扑 高速 CAN 总线拓扑网络线缆的拓扑支持线性结构, 拓扑要求见图 9 和图 10, 离线工具是可选的 多个在线 ECU 配置布局要求网络中包含不止一个车载 ECU 和一个离线工具 具体如图 9 和表 17 中 图 9 多个在线 ECU 架构 表 17 网络拓扑参数 参数符号单位 数 值 最小正常最大 ECU 支线长度 L1 m 0 1, 车载连接器支线长度 L2 m 0 1 离线工具连接器电缆长度 L3 m 0 5 节点距离 d m c 总线长度 L m 位率小于 1Mit/s 时总线长度加长应该注意, 取决于 L1 以及每个 CAN 节点的位速率, 还有内部电容 改变长度 L1 和 d 的其他网络拓扑结构可以被采用 在这种情况下, 应该通过测量每个 CAN 节点的 Vdiff 仔细核查总线位上发生电缆共振波的影响 菊花链式结构允许最小值为 0 19

24 c 总线上任意两个 ECU 之间的距离包括 ECU 支线长度和一个离线工具 另外, 为了减少驻波, 网络里的 ECU 不应放置相等的距离并且线缆尾部不应全为相同的长度 终端电阻可临近放置于或者放置位于距离最长的两个在线 ECU 内 非终端 ECU 可选连接 单个在线 ECU 配置网拓扑络中包含一个在线 ECU 和一个离线 ECU( 例如, 一个 OBD 检测工具 ) 时, 具体如图 10 和表 18 中所示 图 10 单个在线 ECU 架构 表 18 网络拓扑参数 参 数 符号 单位 数值最小正常最大 车载数据传输连接器电缆长度 L2 m 离线工具数据传输连接器电缆长度 L3 m 0 5 另外,CAN 总线上任意一个在线控制器应安装 120Ω 终端电阻 8 带低功耗模式的高速媒介访问单元 (MAU) 技术要求 这一部分带低功耗模式的高速媒介访问单元是第 7 章普通高速媒介访问单元的扩展, 用于处理当总线通信处理非激活状态下低功耗的系统功能需求 8.1 带低功耗模式高速媒介访问单元功能描述 概述下列电气规范适用于差分双绞总线 低功耗模式 PMA 子层规范 概述 20

25 总线终端设置与高速 CAN 总线 PMA 子层规范定义相同, 见 正常模式下的总线电平 总线有两种逻辑状态 : 隐性或显性, 见图 11 注 : 1 普通模式 2 低功耗模式 3 简化的收发器偏置装置图 11 物理位表示和简化的电压偏置装置 如果所有 CAN 节点的总线驱动器被关闭, 总线处于隐性状态 此时, 总线电压是由终端电阻和每个 CAN 节点的高阻收到的电流产生 在隐性状态下,VCAN_H 和 VCAN_L 皆固定电平, 由总线终端电阻决定 Vdiff 小于最大阀值 总线空闲或发送隐性位时, 总线为隐性状态 图 11 阐明最大允许的差分隐性电压, 典型的差分电压为 0V 采用可选的分离终端电压 (Vsplit) 可使隐性总线状态能够稳定 如果至少一个总线驱动器打开, 总线处于显性状态 有电流通过终端电阻, 所以两线之间有差分电压 差分电压大于最小阀值时, 总线为显性状态 显性状态可覆盖隐性状态, 在显性位期间发送 显性和隐形状态由接收比较器中与总线差分电压改变一致的显性与隐性电平检测 在仲裁阶段, 多个 CAN 节点可能同时发送显性电平, 此时 Vdiff 超过单个节点运行时的 Vdiff( 单个节点运行表示总线被一个 CAN 节点驱动 ) 低功耗模式下的总线电平在低功耗模式下, 总线驱动完全的失去能力 物理层在低功耗模式下, 将不能激活驱动总线上差分电平 与正常模式行为对比, 总线被拉到模块 (GND) 的地信号, 通过接收端输入的高阻电阻 Rin, 因此在低功耗模式下, 没有活跃的 VCC 提供请求总线电平 选择性分离电阻电压 (Vsplit) 失去能力, 表现为高阻 ( 悬空 ), 目的是不拉动总线在某个方向 从物理角度考虑, 只有两个被定义的操作 当正常总线通信时正常模式的 VCC/2 偏置和在系统关闭时低功耗模式对地的偏置 低功耗模式的唤醒输出当低功耗模式执行时, 物理层将监控 CAN 总线的 CAN_H 和 CAN_L 用于监控唤醒事件 执行支持这种特性将用于差分总线比较器监控总线 如果总线出现一个或多个连贯的显性总线电平至少 twke, 每个分隔通过隐性总线电平, 总线唤醒将被执行 21

26 系统的非动力节点目的是 CAN 通信系统不受干扰, 应有一种点非动力 ( 例如, 点火钥匙控制模块 ), 当其他节点保正常持通信, 非动力节点尽可能的小的影响总线电平这点非常重要 要求临时的非动力的收发器, 发出最低的漏电流到任然通信的系统的总线线束里 较低的漏电流在非动力的情况下, 利于网络的永久提供部分的系统执行 基于目标的应用 ( 永久的提供或者临时不提供 ) 最大泄露参数参考表格 22 能够满足 ( 永久提供节点 ) 或者尽可能的降低 ( 临时不提供节点 ) 注 : 在对比低功耗模式, 设备仍然提供动力, 非动力表示物理从动力提供端断开 8.2 低功耗模式高速媒介访问单元电气规范 低功耗系统 PMA 子层规范 概述表格 19 至 29 中给出的所有数据不依赖特定的物理层显示形式 对于每个独立的 CAN 节点, 表格中规定的参数在全部规定的操作温度范围要满足 总线电平在表格 19 至 24 中规定所有节点连接到正确的终端总线电压, 另外,CAN_H 和 CAN_L 可容忍的耦合干扰在 GB/T 中定义, 测试脉冲为 3 和 3 可选的分离式输出电平见表 25 表 19 正常模式下总线电压参数 隐性状态 参数符号单位 值 最小额定最大 共模总线电压 VCAN_H V VCAN_L V 在每个 CAN 节点接地处测量 总线差分电压 Vdiff mv 在每个连接到总线上的 CAN 节点处测量 总线差分电压由在隐性状态期间所有的 CAN 节点的输出所决定, 因此 Vdiff 接近于 0( 见表 26), 最小值由单个总线 器件产生一个显性位的最小值决定,Vdiff =1.2V 表 20 正常模式下总线电压参数 显性状态 值 参数 符号 单位 最小 额定 最大 VCAN_H V 共模总线电压 VCAN_L V 在每个 CAN 节点接地处测量 总线差分电压 Vdiff V 在每个连接到总线上的 CAN 节点处测量 最小 VCAN_H 的值由最小 VCAN_L 的值加上最小 Vdiff 决定, 最大 VCAN_L 由最大 VCAN_H 的值减去最小 Vdiff 决定 总线负载随着接入网络的 CAN 节点增加而增加, Rdiff 增加, 导致 Vdiff 减少 最小 Vdiff 由总线上的允许连接的最大 CAN 节点数目决定 最大 Vdiff 由仲裁期间上限值决定 表 21 低功耗模式下总线电压参数 22

27 值 参数 符号 单位 最小 额定 最大 共模总线电压 VCAN_H V VCAN_L V 在每个 CAN 节点接地处测量 总线差分电压 Vdiff mv 在每个连接到总线上的 CAN 节点处测量 总线差分电压由在低功耗模式期间所有的 CAN 节点的输出所决定, 因此 Vdiff 接近于 0( 见表 26), 最小值由单个总 线器件产生一个显性位的最小值决定,Vdiff =1.2V 参数符号单位 表 22 非动力设备的总线输入电流 值 最小额定最大 输入漏电流 ICAN_H μ A UBUS=5V,USupply=0V ICAN_L μ A 其它设备在同一网络中继续通信时, 非动力的设备, 最大的漏电流必须尽可能的小 当永久提供动力节点满 足规范中漏电流范围时, 非动力的设备, 推荐的漏电流小于 25μA 在执行多个提供输入时, 所有供应的输入应为 0 参考 GND 表 23 正常模式下, 设备对称 值 参数 符号 单位 最小 额定 最大 设备对称 VCAN_H+ VCAN_L VSYM VCC RL=120Ώ/tol.<1%,CSplit=4.7nF/5%,fTXD=250kHz, 示波器 输入阻抗 20pF/ 1MΩ 表 24 选择分离输出电压 值 参数 符号 单位 最小 额定 最大 正常模式带负载下, 分离输出电压 VSplit_i VCC μ A< ISplit<+500μ A 正常模式不带负载下, 分离输出电压 VSplit_u VCC RMesure 1MΩ 低功耗模式, 分离漏电流 ISplit μ A V< USplit<+12V CAN 节点 CAN 节点不连接到总线上, 测量每个 CAN 节点的 CAN_H 和 CAN_L 得到表 25 中的参数 表 25 VCAN_H,VCAN_L 最大范围和节点 VSplit 标称电池电压 V 符号电压值 V 23

28 最小 最大 VCAN_H VCAN_L VSplit VCAN_H VCAN_L VSplit VCAN_H VCAN_L VSplit 不需要保证没有干扰地工作, 但是要保证不能毁坏总线驱动电路和没有时间限制 CAN 节点隐形 显性状态下 DC 参数以及总线输入电阻见表格 26 至 28 中的参数 表 26 CAN 节点的隐性输出 DC 参数 参数符号单位 正常模式下, 总线输出电压 低功耗模式下, 总线输出电压 值 最小额定最大 VCAN_H V VCAN_L V VCAN_H V VCAN_L V 无负载 无负载 总线输出差分电压 Vdiff mv 无负载 c 正常模式下, 差分输入电压 低功耗模式下, 差分输入电压 Vdiff V c Vdiff V c,d c,d c d 由于 EMC 要求,CAN_H 和 CAN_L 之间某种匹配关系见表 5, 因此, 一条 CAN 线最小值和另一条 CAN 先最大值不能同时出现 接收显性位和隐性位的门限要确保抗扰度分别为 0.3V 和 0.5V 显性状态的最低值由 CAN-H 和 CAN-L 之间的负载电阻激发 ( 电压源的电容使驱动一个显性位的 CAN 驱动器内部电阻与总线负载电阻并联 ) 接收隐性位的门限 接收应确保共模电压符合表 19 和表 20 的范围 参数符号单位 表 27 CAN 节点的显性输出 DC 参数 值 最小额定最大 VCAN_H V 输出电压 VCAN_L V 负载 RL/2 差分输出电压 Vdiff V 负载 RL/2 正常模式下, 差分输入 Vdiff V 负载 RL/2 d c 电压 低功耗模式下, 差分输 入电压 Vdiff V 负载 RL/2 d 24

29 c d 负载连接在 CAN-H 和 CAN-L 之间, 对于内部没有集成终端电阻的 CAN 节点 ( 正常应用 ), 这个电阻是 RL/2; 对于内部集成终端电阻的 CAN 节点, 这个电阻是 RL, 在这种情况下, 在 CAN-H 和 CAN-L 之间的 RL 来代替 Rdiff 由于 EMC 要求,CAN_H 和 CAN_L 之间某种匹配关系见表 5, 因此, 一条 CAN 线最小值和另一条 CAN 先最大值不能同时出现 接收显性位和隐性位的门限要确保抗扰度分别为 0.3V 和 0.5V 显性状态的最低值由 CAN-H 和 CAN-L 之间的负载电阻激发 ( 电压源的电容使驱动一个显性位的 CAN 驱动器内部电阻与总线负载电阻并联 ) 接收应确保共模电压符合表 19 和表 20 的范围 参数符号单位 表 28 CAN 节点的输入电阻 值 最小额定最大 内部差分电阻 Rdiff kω 内部电阻 正常模式和低功耗模式, 无 负载 Rin kω 5 50 正常模式和低功耗模式 对于终端电阻节点,RL 替代 CAN_H 和 CAN_L 之间的 Rdiff CAN_H 和 CAN_L 的 Rin 应该近似相同, 彼此相差不超过 3% 参数符号单位 表 29 CAN 节点从总线断开后的 AC 参数 值 最小正常最大 位时间 tb μ s 传播延时 TXD 到 RXD( 隐性到显性 / 显 性到隐性 ) 显性总线下, 唤醒滤 波时间 tprop ns 正常模式, 负载 RL=120Ω,CL=100PF twke μ c CRXD=15PF,FTXD=250KHZ 内部电容 Cin pf Mit/s d 内部差分电容 c d e e Cdiff pf 50 1Mit/s 最小的位时间符合最大的位速率 1Mit/s, 位速率的较低端依赖于协议 IC 或者可选永久的显性检测电路, 防止 永久的显性总线钳位 如果 TXD/RXD 接口在存取, 可直接效验 在 CAN 节点里, 参数间接的检测 CL 用于仿真典型的收发器由线缆和引 起的负载, 因此适合典型的传播测量 注意最大滤波时间影响相应的唤醒帧, 尤其在高波特率时 例如 500KBPS 系统, 消息必须有至少 3 个相似的连 续的位电平, 目的是安全的通过唤醒滤波 执行较短的滤波时间可增加不期望的唤醒导致的噪声的错误 测量 CAN_H 和 CAN_L 接地 由于内部电容限制, 总线的连接应当具有尽可能低的自感应系数 这对高位比率尤其重要 Cin 和 Cdiff 的最小值 可能为 0 最大可能值由位时间和网络布置参数还有 d 决定 ( 详见表 17 的脚注 ) 如果一系列事件的波形没有使 每个不同的节点的显性电压在不同的电压下都低于 Vdiff=0.9V, 也没有使隐性电压在不同的电压下高于 Vdiff=0.5V, 这样功能参数就会保证 ( 见表 10 和表 11) 低功耗系统连接器 MDI 参数 25

30 连接器用于插入 CAN 节点到总线的器件, 连接器参数见表 30 表 30 连接器参数 参数符号单位最小值额定值最大值 电压 U V 额定 VBAT=14V U V 额定 VBAT=28V U V 额定 VBAT=42V 电流 I ma 峰值电流 IP ma 传输频率 f MHz 接触电阻 时间约束 :101tB RT mω 由接收 ECU 检测的总线线路电压差, 该接收 ECU 依赖于它自己和传输 ECU 之间的线路电阻 因此, 信号线总 电阻由每个 ECU 的总线参数水平限定 低功耗系统物理媒介规范 终端电阻 低功耗系统终端电阻要求与高速 CAN 总线一致, 见 选择电容 低功耗系统选择电容要求与高速 CAN 总线一致, 见 低功耗系统 CAN 总线拓扑 低功耗系统选择电容要求与高速 CAN 总线一致, 见 带选择性唤醒功能的高速媒介访问单元 (MAU) 技术要求 这一部分带选择性唤醒功能的高速媒介访问单元是第 7 章普通高速媒介访问单元和第 8 章带低功耗模式的高速媒介访问单元的扩展, 规定了一种使用可配置 CAN 帧实现选择性唤醒机制 9.1 带选择性唤醒功能的媒介访问单元的功能描述 概述此章阐述了带有选择性唤醒功能的高速 CAN 收发器各个硬件的功能 带有此功能的收发器应该可以同遵循高速 CAN 总线物理层和低功耗模式物理层的收发器共同使用 如果使用带选择性唤醒功能的 CAN 收发器, 便可定义子网络节点, 在接收到配置的唤醒帧时变更为激活状态 仅当收发器收到报文并确认其为一个唤醒事件是, 节点的状态才会从非激活状态转换为激活状态 模式控制单元处理识别接受到的 CAN 报文为是否为一个唤醒事件, 主要通过对比配置的收到的 ID 和 DLC 数据域是否被屏蔽 配置的实现主要通过一些特殊接口的完成 为了防止错误通信, 收发器应当在内部错误计数器溢出后才会唤醒 26

31 带有选择性唤醒功能的 CAN 收发器可以利用解码单元来识别和解码 CAN 报文 带有选择性唤醒功能的 CAN 收发器应当有自动执行 CAN_H 和 CAN_L 之间的电压偏置功能 遵循类别定义的遵循类别如下, 本章的收发器定义 : CAN 收发器要完全满足本章节的需求 本章自动电压偏置的定义 : CAN 收发器仅遵循 CAN PIN 脚的自动电压偏置需求 ( 参考 章节 ) 配置和状态数据 概述收发器应当支持读取接口以获取其所有的配置数据 配置数据列表以下配置数据被给出 ID 标识符 : 强制 ID msk 标识符掩码 : 强制 DLC 数据域长度 : 强制 Dt field its 数据域位 : 强制 Bit rte 比特率 : 强制 Dt msk it 数据掩码位 : 可选 Frme error counter overflow threshold vlue 帧错误计数器溢出阀值 : 可选 状态数据列表此外, 以下状态数据被定义 Frme error counter vlue 帧错误计数值 : 可选 可选数据掩码位可选的数据掩码位可以用来指示 DLC 和数据域位是否为 WUF( 网络唤醒帧 ) 需要确认的部分 ( 数据掩码位被置位 ) 或者在 WUF 确认中仅 ID 域是需要被考虑的 ( 数据掩码位不被置位 ) 如果没有使用数据掩码位, 那么 DLC 和数据域位应当为 WUF( 网络唤醒帧 ) 需要确认的部分 PMA 子层规范 概述对于高速媒介访问单元有两种推荐中断模型, 参考图 6: 在 CAN_H 和 CAN_L 之间的终端只有一个单独的电阻 ; 将一个电阻分裂为两个阻值相同的电阻串联, 两个电阻中间的连接点连接一个对地电容并可选预留专用分裂电压端 为了支持低功耗功能, 定义如下两种不用的操作模式 正常模式 ; 27

32 低功耗模式, 可分为如下两个子状态 : 不包含选择性唤醒功能 ; 包含选择性唤醒功能 ; 正常模式下的总线电平 CAN 总线上会有两种逻辑状态 : 隐性或者显性, 参考图 12 图 12 比特位的物理表现形式及收发器偏置实现的简单描述 如果所有 CAN 节点的发送端处于关闭状态, 则总线呈现隐性状态 在这种情况下, 总线上的电压是由终端和每个 CAN 节点接收端的内部电阻产生 在隐性状态下, 总线终端会将 CAN_H 和 CAN_L 上的电压固定到一定的电压值 Vdiff 要小于最大的阀值 当总线空闲或需要发送隐性位时总线呈现隐性状态 图 12 说明了隐性状态下最大允许的差分电压值 通常, 差分电压为 0V 可选的, 如果使用一个专用的分裂终端电压 (VSplit), 可以使隐性总线状态稳定 这个可选的输出电压可以与分裂中断电阻的中间点相连 无论何时, 接收端没有主动将偏置电压趋向 2.5V, 可选的 VSplit 将处于浮动状态 至少一个发送单元打开时, 总线上将发送出一个显性位 这个显性电平包含了终端电阻中的静态电流和两根总线上的差分电压 当差分电压要大于一个最小阀值是总线上将呈现出显性状态 当发送一个显性位时, 显性状态将覆盖掉隐性状态 在仲裁过程中, 各个 CAN 节点可以同时发出一个显性位, 在这种情况下, 在单一操作中 Vdiff 值会大于可见的 Vdiff 值 所谓的单一操作即总线只能被一个 CAN 节点抢占 低功耗模式下的总线电平 28

33 概述在低功耗模式下, 发送端应当完全不可用 在低功耗模式下的收发器, 应当具有主动驱动总线上的差分电平的能力 低功耗模式下的自动电压偏置对比在低功耗模式行为的描述, 低功耗模式下的电压偏置是不同的 当总线持续处于非活动状态超过时间 tsilence 时, 内部的接收端输入电阻 RIN 应当将总线电平偏置到 0V 如果总线上监测到唤醒活动 ( 参考 ), 内部的接受端输入电阻 RIN 应当将总线电平偏置到 2.5V 偏置行为时间不能超过 tbis 即使仅有蓄电池供电端连接到收发器上, 也应当实现总线上的电压偏置 总线显性 和 总线隐性 状态的监测, 要基于收发器是在正常模式还是在低功耗模式下 ; 在低功耗模式下, 过滤器时间 tfilter 是根据实际情况应用的 图 13 中描述的状态机制定义了所有操作模型下的偏置行为 当进入状态 1 和状态 2 是, 可选 twke 定时器重置并重新开始计时 ; 当进入状态 3 和状态 4 时, 计时器 tsilence 重置并重新开始计时 注 : 通过状态 1 和状态 2 下完成的初始化状态到状态 3 的转换, 描述了唤醒模型监测机制, 此机制遵循带低功耗模式的高 速媒介访问单元的定义 图 13 WUP 监测和偏置控制 从物理角度看, 有两种定义的操作 : 无论何时总线通信处于激活状态, 便将电压偏置到 2.5V ( 偏置开启 is on), 和无论何时总线通信处于非激活状态, 将电压偏置到 0V( 偏置关闭 is off) 偏置行为是通过内部接收端输入电阻 RIN 实现的 29

34 当偏置行为关闭时, 可选的分裂终端电压 (VSplit) 输出端应当处于高阻抗的状态 ( 浮动 floting), 以避免增加当前不必要的静态电流消耗 如果偏置行为被关闭了,WUP 的监测机制应当被激活 从正常模式到低功耗模式转换的行为如果选择性唤醒机制激活, 在模式转换过程中, 也应当支持解码 CAN 数据和远程控制帧 如果接收到的欧文是可靠的 WUF, 则收发器将指示出这事一个唤醒时间 低功耗模式以外的唤醒 唤醒模式在低功耗模式下, 为识别出各种唤醒方式 (WUP), 收发器需要监测总线的 CAN_H 和 CAN_L 如果选择性唤醒功能失效但是 WUP 机制被接受到时 ( 例如 : 在图 13 的状态 3 和状态 4 模式中 ), 此唤醒事件应当被执行 各个时间阀值 (tfilter, twke, tsilence) 的定义应当适应系统的目标比特率 时间阀值应当在规范的最小和最大值之间 参考表 唤醒报文带有选择性唤醒功能的收发器, 为了识别出 WUF, 应当监测总线的 CAN_H 和 CAN_L 如果选择性唤醒功能激活同时接受到可靠的 WUF 时, 此唤醒事件应当被执行 当偏置功能被打开时, 收发器应当忽略 4 个 ( 如果 CAN 比特率在 500KBPS 以上, 可达到 8 个 )CAN 数据或者远程报文, 但是随后的 CAN 数据或远程报文时不能被忽略的 位解码当总线上的模拟信号定时遵循以下两种信号类型中的其中一种时, 收到的报文应当被正确的解码 : 信号流包含多个信号型 A ( 为了处理振铃 ); 信号流可以在多个信号型 B1 和一个信号型 B2 以外被组装 ( 为了处理发送端时钟误差和仲裁丢失 ) 两种信号类型如图 14 所示 注 : n1 连续的显性位的个数 {1,2,3,4,5,} n2 两个下降沿之间的位个数 {2,3,,10};n2 > n1 30

35 ta 0 ta 55 % 位时间 ( 根据明确的产品定义, 更大的 ta 最大值是可以被接受的 ) tb 0 tb 55 % 位时间 ( 根据明确的产品定义, 更大的 tb 最大值是可以被接受的 ) tbit 位时间 dfs 收发器应当容忍至少发送端 ±0.5% 的时钟频率背离图 14 总线上接收位的模拟信号 : 信号型 A 和信号型 B 信号型 A 中遮住的灰色区域应当被忽略, 同时不能引起任何解码错误 网络唤醒报文验证如果下列均满足, 则认为收到的为有效的网络唤醒报文 接受到的报文时一个 CAN 数据报文, 无论可选的数据掩码位被置位或者没有应用 接受到的报文有可能是远程报文, 无论可选的数据掩码位已被应用或者没有被置位 在相关的位位置, 接受到的 CAN 报文 ID 可准确的与可配置 ID( 在控制单元中 ) 相匹配 相关的位位置由一个 ID 掩码 ( 在控制单元中 ) 给出 相关机制定义参考 唤醒帧 ID 评估 接收到的 CAN 数据报文的 DLC 可准确与可配置 DLC 相匹配 如果应用到可选数据掩码位, 相关请参考 具体机制定义请参考 唤醒报文 DLC 评估 如果 DLC 长度大于 0, 接收到的报文的数据域应至少有一个位在位位置上被置位 这个位位置与可配置数据掩码中的一个置位位相一致 如果应用到可选数据掩码位, 相关请参考 具体机制定义请参考 唤醒帧数据域评估 一个正确的 CRC 冗余被接收到, 包含一个隐形的 CRC 界定符 在 ACK 位之前没有监测出相关错误 图 15 描述了在报文解码中可以不被在意的比特位 注 : 如果接收到的 CAN 报文带有非名义上的替代远程请求 (SRR) 位, 此报文应当被接收认为为一个有效的报文 图 15 报文解码中可不被在意的比特位 报文错误计数机制当可选性唤醒功能激活且 tsilence 时间溢出时,CAN 报文错误计数器应当被置 0 此计数器的初始值为 0 当出现位填充 CRC 或者 CRC 界定符格式错误等在 CAN 数据链路层中定义的错误时, 这个计数器加 1 如果报文被接收到, 而且根据 位解码 定义, 此报文是可靠有效的, 而此时计数器不为 0, 则计数器减 1 CRC 界定符和间隔符之间的显性位不应该使错误计数器计数增加 31

36 计数器每一次计数增加或者减少的时候, 收发器的解码单元在确认一个显性位为帧起始之前, 要等 待至少 6 个至多 10 个隐性位 图 16 描述了再受到 CAN 报文和错误帧时, 强制起始帧监测位置 图 16 CAN 报文和错误帧之后的强制起始帧监测 如果帧错误计数器没有溢出预定的阀值时, 唤醒事件只有在计数器 32 次增加溢出或者下一次接受到 WUP 时才会被执行 如果帧错误计数器已经溢出预定阀值, 那么唤醒事件在计数器溢出时或者收到下一个 WUP 时立即执行 偏置行为开启后, 连续的 4 个 ( 如果比特率大于 500KBPS, 会达到 8 个 )CAN 数据和远程帧将被忽略 ( 存在错误, 但是错误计数器不会增加 ) 或者别认为是错误事件 ( 即使没有错误, 错误计数器也会增加 ) 唤醒帧 ID 评估为了排除 ID 为的对照, 应当使用 CAN ID 屏蔽机制 应当支持 11 位和 29 位的 CAN ID 和 ID 屏蔽位 除了不在意的 ID 位, 所有的屏蔽 ID 位应当与可配置 ID 位一一对应 如果屏蔽 ID 位对应到可配置 ID 中的 不在意 位, 那么此位无论是 1 还是 0 都会被接受 在屏蔽 ID 位的寄存器中, 无论 1 还是 0, 都代表 不在意 图 17 举例说明有效的 WUF ID 与 ID 屏蔽寄存器一致 32

37 注 : d 不在意 c 在意 图 17 ID 屏蔽机制 唤醒报文 DLC 评估如果 DLC 被配置为唤醒帧评估的一部分 ( 参考 ), 那么只有接收到的报文的 DLC 与可配置 DLC 相匹配时, 这个报文才被认为是有效的唤醒帧 唤醒帧数据域评估只有当接收到的唤醒帧中至少一个逻辑为 1 的位与可配置唤醒帧数据域中的逻辑为 1 的位相对应时, 这个报文才会被认为时有效的唤醒报文 图 18 分别举例说明匹配和不匹配的 ID 域 图 18 接收到的 CAN 报文中的数据域 利用这个机制, 只要一帧唤醒报文就可以唤醒多达 64 个相互独立的 ECU 组 9.2 选择性唤醒功能高速媒介访问单元的电气规范 带有选择性唤醒功能的 PMA 子层规范 总线电平所有总线电平的相关参数定义参考高速 CAN 总线和低功耗模式的物理层规范的定义 33

38 耦合干扰关于 CAN_H 和 CAN_L 的耦合干扰容忍度定义参考 GB/T , 测试脉冲 3 和 CAN 收发器 概述表 31 和表 32 中给出的所有数据与特定的物理层实现相互独立 每一个 CAN 节点的特定操作温度范围下, 都应当实现这些表格中参数定义 表 31 定义了无供电情况下收发器总线 PIN 脚的漏电流 表 31 收发器输入电流 ( 无供电 ) 参数名称单位 电压 最小正常最大 输入端漏电流 ICAN_H µa CAN_H 和 CAN_L 都是 5V, 所有的供电电压 ICAN_L µa 对地短路 收发器输入和输出电平表 32 中给出的参数应当在每一个 CAN 节点的 CAN_L 和 CAN_HPIN 脚进行测试 收发器的输入和输出相关的其他电平参数在高速 CAN 总线和低功耗模式的物理层规范中定义 表 32 隐性状态的收发器直流参数 参数名称单位 电压 最小正常最大 正常模式下输入端的差分电压 c 低功耗模式下输入端的差分电压 Vdiff_N V 0.5 Vdiff_LP V 0.4,c,c c 接收到的显性和隐性位的阀值要各自免疫 0.3V 到 0.5V 的噪声 显性状态会出现更低的电压, 是因为在 CAN_H 和 CAN_L 之间有一个低负载电阻 ( 总线驱动控制显性位, 驱动内部的电阻连接是与总线负载电阻平行的, 原因是供电电压源处有个电容 ) 接收到的隐性位的范围 在普通模式下的电压范围内 ( 参考表 19 和 20), 应保证正确的接收功能 交流参数 表 33 中给出的参数应当在每一个 CAN 节点的 CAN_L 和 CAN_HPIN 脚进行测试 表 33 收发器交流参数 参数名称单位 电压 最小正常最大 位时间 tb TXD 到 RXD 的传播延时参考低功耗模式表 29 隐性到显性 / 显性到隐性 tprop CAN 滤波活动时间 tfilter µs 低功耗模式,RL=60 欧, 通信电压参 34

39 考表 21( 普通模式下的总线最小和最大电压 ) 根据表 21, 利用可变脉冲长度来确认差分显性电压 tpulse=tfilter(min)..tfilter(mx) 偏置反应时间 tbis µs 200 负载 RL=60 欧 ;CL=100pF;CGND=100pF 唤醒超时 twke ms 此参数可选 总线非活动状态超时 tsilence s 内部电容差分内部电容 Cin Cdiff 参考低功耗模式表 29 注 : 需要注意的是最大的滤波时间将会影响唤醒报文的适用性, 尤其是高波特率情况下 例如 : 在 500KBPS 的系统中, 一条报文为了安全的通过唤醒滤波器, 在一列中至少需要携带 3 个相似位的电平 滤波时间越短, 会因为噪声, 产生不期望的唤醒事件风险会增加 定义的范围是一个折中方案, 充分考虑了抵抗不期望唤醒事件的鲁棒性和报文选择的自由性 10 电磁兼容要求 当 CAN 物理层被纳入 ECU 设计, 需要在 ECU 中规定的电磁环境 此外,CAN 相关操作所产生的电磁排放不得干扰其它 ECU 的或子系统的正常运行 EMC 测试采用 GB XXXXX 或者等效方法, 用来评估和比较物理层设计的 EMC 性能 推荐的测试包括 : 辐射抗干扰 辐射发射 静电放电 CAN 物理层设计正式的检验, 需要使用汽车制造商的测试程序和规定的验收标准, 对实际 ECU 进行 EMC 测试 另外 CAN-H 和 CAN-L 的耦合干扰容许范围根据 GB/T 定义, 测试脉冲为 3 和 3 11 离线工具要求 离线工具应当算作系统 ECU 其中之一, 并且作为网络非终端节点, 诊断口到在线 ECU 之间最大距离为 25m 本节规定了离线工具的电器参数 ( 电容 传输延时 ) 以及线束参数 11.1 离线工具电容负载离线工具的电容负载值不包含离线工具线束的电容负载, 见表 34 表 34 离线工具参数数值参数符号单位最小正常最大 Cdiff PF CAN_H 与 CAN_L 之间 离线工具电容负载 ( 不包括电缆 ) CCn_H CCAN_L PF CAN_H/CAN_L 与地之间 11.2 离线工具传输延时 35

40 离线工具传输延时见表 35 和图 19, 表中不包含线束传输延时, 当运行在 500 KBPS, 离线工具传输延 时包括 4 个部分 : 图 19 离线工具参数 ) 发射端传输延时 (ttx, 注 : 包含设备延时和 slew) ) 接收端传输延时 (trx) c) 接收端逻辑延时 (tlogic) d) 共模电感延时 (tchk, 注 : 包含发送和接收延时, 另外共模电感为选装器件 ) 离线工具传输延时为 : t TOOL t TX t RX t LOGIC t CHK 参 数 符号 单位 数值最小正常最大 离线工具传输延时 ttool ns 离线工具的回路延时 11.3 离线工具线束要求 连接整车诊断口到离线工具 CAN 接口之间的线束距离为离线工具线束长度 线束传输延时定义单向 延时, 具体参数见表 36 表 35 离线工具线束参数 参 数 符号 单位 数值最小正常最大 离线工具电缆长度 LS_MAX M 离线工具电缆长度 离线工具电缆传输延时 tcable Ns 离线工具电缆延时 另外, 如下要求适用于离线工具线束 : ) 没有其它线双绞到 CAN_H 或者 CAN_L 上 ) CAN_H 和 CAN_L 导体长度相同, 贯穿相同的路径对于整个距离 c) CAN_H 和 CAN_L 导体不得包含在任何引起 CAN_H 和 CAN_L 导体之间 0.5V 差分信号的辐射 线的线包中 d) 离线线束可为屏蔽, 如果是屏蔽线, 屏蔽应当只一端接地 36

41 e) 离线工具线束对于扭转与特性阻抗值没有要求 12 总线错误管理 错误界定的目的就是即使在节点错误的情况下也保持数据传输系统的有效性 因此, 必须验证错误 界定策略以下两方面的可靠性 : 暂时性错误和永久性故障的区别, 故障节点的定位和关闭 本章只列出与物理层相关的错误接口和总线失效检测, 数据链路层相关的总线错误管理功能不在此 技术要求定义范围内 12.1 物理层错误接口 错误限制实体 FCE 与物理层和数据链路层的之间消息的交换接口, 见图 20 重置 _ 请求 (Reset_request) 重置 _ 响应 (Reset_response) 节点 _ 状态 (Node_sttus) 逻辑链路控制 LLC Bus_off 故障 (Bus_off) 普通模式响应 (Norml_mode_response) 普通模式请求 (Norml_mode_request) 媒介访问控制 MAC 发送 / 接收 (Trnsmit/receive) 错误 (Error) 原码错误 (Primry_error) 错误 / 过载标识 (Error/overlod_flg) 计数器 _ 没有变化 (Counters_unchnged) 等待错误界定符超时 (Error_delimiter_too_lte) 转换成功 (successful_trnsfer) 被动错误请求 (Error_pssive_request) 被动错误响应 (Error_pssive_response) 主动错误请求 (Error_ctive_request) 主动错误响应 (Error_ctive_response) 故障监控部分 Fult Confinement entity 物理层 Phyicl Bus_off 请求 (Bus_off_request) Bus_off 响应 (Bus_off_response) Bus_off 故障解除请求 (Bus_off_relese_request) Bus_off 故障解除响应 (Bus_off_relese_response) 图 20 错误接口 37

42 表 36 FCE 和 PL 之间的消息 ) FCE 至 PL 的消息 FCE 至 PL 的消息 Bus_off_request Bus_off_relese_request ) PL 至 FCE 的消息 PL 至 FCE 的消息 Bus_off_response Bus_off_relese_response 涵义请求从总线上关闭节点请求把节点设置为正常发送 / 接收节点涵义响应 Bus_off_request 消息响应 Bus_off_relese_request 消息 12.2 总线失效检测 在正常操作下, 总线失效会影响总线的操作 导致的结果如表 39 所示 表 37 总线失效检测 总线失效描述 通信行为 一个非终端节点从总线断开 剩余 ECU 继续通信并且没有减退 ( 除了菊花链式网络 ) ECU 失去电源或者地 ( 包括低电量 剩余 ECU 继续通信并且没有减退 的情况 ) CPU 进入复位,PL 和集成电路仍 剩余 ECU 继续通信并且没有减退 然有电源 CAN_H 线断路 数据通信在 ECU 相反一边不需要中断, 同侧 ECU 之间的数据通信可能中断并且 降低信号噪声比 CAN_L 线断路 数据通信在 ECU 相反一边不要求中断, 同侧 ECU 之间的数据通信可能中断并且 降低信号噪声比 CAN_H 线对蓄电池短路 如果 Vtt 大于最大允许的共模电压值, 不要求数据通信 CAN_L 线对蓄电池短路 数据通信不要求 CAN_H 线对地短路 数据通信不要求 CAN_L 线对地短路 数据通信可能有并且降低信号噪声比 CAN_L 和 CAN_H 短接 数据通信不要求 丢失一个终端 数据通信可能有并且降低信号噪声比 38