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CAN总线在工业网络方面的需求分析

发布时间:2019-07-09 21:57 来源:未知 编辑:admin

  现已扩展到工业应用领域。随着占用面积的扩大,对总线长度更长,总线节点更多,数据吞吐量更高,电压隔离度更高的

  目前有20多家半导体公司提供器件,设计人员有很多决策要做在选择最佳设备之前,需要充分了解规范的细微差别及其最新迭代。为此,我们将深入研究规范和主题,例如不对称,然后让您快速了解一些有趣的CAN设备以及如何充分利用它们。

  控制器局域网(CAN总线年代初由RobertBoschGmbH开发的。第一批CAN控制器芯片于1987年在市场上推出,第一辆实现CAN总线年里,CAN总线的使用在全世界的车辆中无处不在,包括公共汽车,火车,飞机和轮船在内的各种运输方式。

  它还广泛应用于工厂自动化,农业和重型设备,医疗设备,电梯和电梯控制等许多工业环境中。它非常适合作为低成本,低协议开销,具有错误检测和重传功能的确定性网络的许多嵌入式控制应用。

  超过20家半导体公司提供支持CAN总线的设备,并且有许多工具供应商以及可用的商业和开源软件版本 - 从驱动程序到中间件和更高级别的协议栈。

  CAN是一种多主串行总线,可连接两个或多个电子模块或节点。总线互连(通常)是具有差分信令的双线双绞线。 CAN物理层收发器将CAN协议逻辑1和0转换为总线上的显性和隐性位,如图1所示。

  图1 :CAN总线信令。两个CAN引脚(CAN_H和CAN_L)形成差分对。通过收发器开漏驱动器将总线)。在隐性状态下,线路不被驱动,因此回落到它们的标称电压。 (来源:Digi-KeyElectronics)

  CAN收发器驱动器是一种开漏配置,允许多个驱动器一次性作用于总线而不会发生冲突。总线的自然(未驱动)状态是隐性状态(逻辑1)。当节点驱动总线时,隐性状态将被覆盖为显性状态,这表示逻辑0。

  CAN消息传递是通过一组称为帧的比特来完成的。有四种帧类型,但主要类型是数据帧,如图2所示。

  图2: CAN数据帧的格式。新帧以前一帧的IFS(帧间间隔)之后的SOF(帧开始)开始。 (来源:Digi-Key Electronics)

  所有节点都可以尝试同时传输,但一次只允许一条消息在总线上传输。这可以通过仲裁字段实现。

  在帧起始同步位之后,所有发送节点在仲裁阶段发送它们的消息标识符。标识符代表消息的优先级 - 数字越小,优先级越高(记住,显性位胜过隐性)。最低标识符赢得仲裁。失败者停止传输并将其消息排队以在下一帧中再次尝试。

  获胜者继续发送控制字段(表示要遵循的数据字节数),数据和循环冗余校验(CRC)位。在确认(ACK)字段期间,接收到没有错误消息的所有接收节点都发送0位。

  这种直接帧内响应是CAN的强大功能之一:发送节点立即知道如果他们有一个无差错的传输。然而,这对比特率施加了限制,因为总线总长度的双向传播时间不得长于确认主导脉冲。

  现在称为经典CAN网络的另一个限制是每条消息的数据位数限制为最多8位。当CAN首次引入时,这对于车辆节点是足够的,但是今天的车辆内部和外部系统通常处理更大的数据尺寸。 8字节限制也会影响总线个或更多协议位用于仲裁,控制,CRC等。

  CAN灵活数据,或CAN FD,在2012年推出,以帮助解决古典CAN的一些局限性。 CAN FD允许以两种不同的比特率传输CAN数据帧:仲裁,控制和确认的速率较慢,字段以及数据字段的速率更快。

  由于确认包含在数据字段比特率较慢的速率可以更高,因为它不受总线上的双向支持延迟的影响,只有发送器和接收器延迟和总线特性限制了数据速率。该方法还允许与现有CAN控制器向后兼容。此外,CAN FD数据帧支持多达64字节的数据以及额外的CRC位,即使数据字段较长,也可保持汉明距离为6。

  CAN收发器规范在ISO 11898-2中有详细说明。该文档的最新版本为收发器的发送器和接收器部分添加了prop延迟规范,并将总环路延迟(TXD至RXD)定义为小于255 ns。由于CAN驱动器不是推挽式,因此发送器和接收器延迟对于显性到隐性和隐性到显性转换是不对称的。

  ISO 11898-2现在规定了最大不对称性延迟,以及收发器内部循环时间。这很重要,因为不对称会导致隐性位缩短,这成为数据速率的限制因素。为了正确设计网络,需要知道不对称限制。

  ISO 11898-2发送器延迟不对称规范定义为驱动60Ω,100 pF总线负载时产生的隐性位宽,如表1所示。

  表1:发送器驱动60Ω100pF总线负载时指定延迟。 (来源:ISO 11898-2)

  表2:接收器延迟不对称性表示为与标称位时间的偏差。 (来自ISO 11898-2的数字)

  将最小和最大偏差添加到标称值会给出最坏情况的最小和最大隐性位宽(不包括其他网络因素,如振铃),如表所示3。

  表3:最坏情况的最小和最大隐性位宽度是通过添加最小和最大偏差得出的。 (来自ISO 11898-2的数字)

  请注意,为5 Mbit/s数据速率指定的不对称性比2 Mbit/s更严格。高数据速率收发器可用于低数据速率网络以利用这一点。

  单个CAN收发器中的环路延迟不对称通常小于上面显示的最坏情况计算并且在CAN FD收发器中规定了它们支持的数据比特率。

  支持更高数据速率的CAN FD收发器现在已经上市。chnology的MCP2542FD就是一个例子,见图3.

  其收发器环路延迟(TXD输入转换到RXD输出)为120 ns,而ISO 11989-2规范为255 ns。环路延迟不对称性(取自数据手册)也有所改进,如表4所示。

  目前没有针对8 Mbit/s收发器的ISO 11989-2规范,但通过预测需求,MCP2564FD可在较低的比特率下提供更高的性能。它还具有非常低(4μA)的待机电流和唤醒总线规范,还有一个支持CAN总线唤醒模式(WUP)的版本。

  CAN FD规范的主要驱动程序是为了在汽车装配线末端以更快的速度支持更大的数据有效载荷。使用Classic CAN,可能需要几个小时才能以500 kbit/s的速度运行。通过使用CAN FD提供的32字节数据有效载荷,仅通过扩展有效载荷并将数据速率提高到2 Mbit/s就可以实现4倍的改进。使用64字节有效载荷和5 Mbit/s,可以提高10倍以上的带宽。

  由于相当于8个经典CAN数据帧可以与一个CAN FD帧一起发送,因此协议开销是显着减少。这种总线效率的提高在工业环境中非常有用,特别是如果由于长总线而导致数据速率较低。利用较少的开销比特,可以以较慢的数据速率传输更多数据,并且仍然保持延迟要求。

  CAN FD更大数据量的另一个优势是改善了对数据一致性的支持。这方面的一个例子是在多轴运动控制器中,其中必须具有控制器位置的时间同步视图。这些数据集大于可在一个经典CAN帧上传输的数据集,但适合CAN FD帧。将这些数据组合成一个消息传输的总线效率再次提高是另一个好处。

  ISO 11898标准规定最大电缆长度为40米,最大存根长度为0.3米,最大节点为30个节点。 1 Mbit/s仲裁阶段比特率。这适用于汽车应用,但这些限制并不适合许多工业用例。幸运的是,可以通过仔细的网络设计来调整总线速度,总线长度,线缆大小和节点数量。

  CAN in Automation(CiA)等行业组织发布了扩展网络配置的规范和建议。例如,CiA 102 CAN工业应用物理层文档推荐以下标准比特率,如表5所示。

  表5:工业应用的推荐仲裁相位比特率。总线上的所有节点必须以相同的数据速率运行。 (来源:CAN in Automation)

  此外,CiA 303为少于64个节点的网络提供标准DC参数的建议,如表6所示.CiA还为更大的节点网络提供建议。

  和5 ns/m特定线:建议总线电缆参数,终端电阻和扩展总线长度的最大比特率。CAN FD收发器(如MCP2564FD)是更长总线长度的理想选择,因为它们改善了传播延迟和环路延迟对称性,可提供额外的总线余量

  另一款具有工业优势的CAN FD收发器是德州仪器的TCAN337G单收发器(图4)。

  )的TCAN337G功能框图。其增强的驱动器和接收器规格使其适用于具有大量节点的CAN网络。 (德州仪器公司提供)TCAN337G符合ISO 11989-2规范的2 Mbit/s和5 Mbit/s数据速率,但具有改进的驱动程序规范,可以满足最小差分总线Ω负载的电压。最小差分输入电阻为30kΩ,是大多数收发器的三倍。这些改进的最终结果是,如果所有收发器都是TCAN337G器件,则可以在网络上放置多达120个节点,耦合电阻为330Ω(长达1000米)。

  TCAN337G还具有故障引脚,可报告TXD和RXD主导超时故障,热关断和低压锁定条件,使其对高可靠性系统非常有用。该器件还可以在低功耗状态下进入休眠状态,并支持ISO 11898 CAN总线唤醒模式(WUP)。

  电动或混合动力汽车中的高压系统,发电或能量存储系统需要电隔离网络以防止电击危险。这通常通过光学

  完成。但是,通过这些隔离器的延迟时间会增加收发器的环路延迟,使其不适合CAN FD应用。恩智浦的TJA1052i采用新型电容隔离技术解决了这一问题,该技术可提供高达5 kV(RMS)的隔离,见图5.

  Semiconductors提供)隔离位于RXD和TXD引脚与电路的其余部分之间。在屏障的输入信号侧(例如TXD引脚),如果输入信号为1(或隐性),则启用。然后,该信号在屏障上电容耦合,由

  接收。解调信号的存在表示隐性状态;没有射频能量是主导状态。除了RF振荡器和解调器位于屏障的相对侧之外,该方案对于RXD以相同的方式工作。这种隔离方法增加了非常小的延迟,使TJA1052i能够支持2 Mbits/s和5 Mbits/s的CAN FD速率。电流隔离收发器还可以改善嘈杂环境中的CAN信号完整性。高逆变器开关电流会引起大的接地噪声,这些噪声可能会耦合到信号线上并破坏数据传输。隔离这些信号消除了消息损坏的根源,可以显着提高噪声系统的吞吐量。

  结论自首批产品出现以来,CAN总线不断发展以满足新的要求。通过CAN FD,组件

  商不断创新,以便为具有更高性能要求的特定应用优化网络。有超过20个供应商家族可供选择并得到广泛而强大的工具链的支持,CAN定位于现在和将来支持工业网络需求。

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  BCM7110 带DOCSIS®1.1和个人录像机(PVR)的单芯片有线机顶盒(STB)

  Broadcom BCM7110是一款单芯片STB设备,结合了下一代机顶盒所需的关键方面。 Broadcom s BCM7110通过DOCSIS 1.1电缆调制解调器实现了经济高效的单芯片设计,个人视频录制(PVR),宽带通信,并支持全球部署的所有主要全球标准。 BCM7110包括双1024/256/64-QAM接收器,带外QPSK接收器和QPSK到256-QAM上游突发调制器。该设备包括完整的DOCSIS ® 1.1媒体访问控制器(MAC),包括QoS,用于宽带交互式服务和DAVIC 1.2 / 1.5 MAC。还包括USB 1.1,以太网MAC,MIPS32处理器和加密/解密引擎。 功能 支持ITU-的双1024/256/64-QAM可变符号率接收器T J.83 Annex A / B / C QPSK带外接收机和QPSK到256-QAM上行脉冲串调制器 支持服务质量(QoS)的DOCSIS 1.1 MAC 双NTSC / PAL视频解码器 MPEG视频解码器 2D / 3D图形子系统 应用程序 机顶盒...

  BCM7468是Broadcom系列机顶盒(STB)片上系统(SoC)解决方案的一部分,可实现先进的IP数字娱乐服务。低成本,高性能和紧凑的封装。 BCM7468旨在使服务提供商能够经济高效地扩展IPTV服务,例如网络DVR和IP视频服务,用于客户端 - 服务器和低成本独立部署模型。 BCM7468满足了市场上不推荐用于新设计标准清晰度模拟电视的现有要求。 功能 采用高速DDR3(用于解码) 高容量批量MLC / SLC NAND,SDIO和串行NOR控制器技术 提供支持1080p60输出的高清分辨率 集成完整的HDMI 1.3发射器,支持分辨率高达480 / 576p的低成本亚高清LED面板 集成电源管理控制器和稳压器,支持EnergyStar和欧洲行为准则集-top box要求 灵活且可配置的待机和主动操作模式 外形小巧,尺寸为17x17mm 使用单个16位DDR2或DDR3存储器件,分别用于标准或高清解码,以减少印刷电路板面积和物料清单(BOM)成本 支持DVD-高清晰度观看和SD + SD画中画(PIP)功能的高质量输出(高达480p) 支持HDMI 1.3输出 应用 IPTV 机顶盒...

  Broadcom的BCM7435是一个机顶盒(STB)平台,使运营商能够安全地将基于Web的内容和服务融合的优质广播内容提供给多个屏幕。已连接的家庭。 Broadcom的BCM7435具有转码功能,可将视频广播内容同时流式传输到多个设备,同时支持安全的Web应用程序。这使运营商能够在保护高价值广播内容的同时提供基于Web的新服务。 因此,付费电视用户可以访问更多应用,社交网络和基于Web的整体电视体验。 功能 7000 DMIPS双核/四核支持SMP(多核)和AMP(多操作系统)平台的线程应用处理器 四个实时高清转码流,用于扩展CE设备支持 CPU核心Web域安全性 li

  更高级3D用​​户界面和游戏应用程序的卓越性能 新能效要求的电源管理功能 MoCA 2.0支持 应用程序 机顶盒 IPTV ...

  Broadcom的BCM7346是一款单芯片,双调谐器,多格式,高清AVC卫星机顶盒(STB)解决方案。 Broadcom的BCM7346是一款单芯片,双调谐器多格式HD AVC卫星STB解决方案,具有集成的同轴电缆多媒体联盟(MoCA)1.1内核,使服务提供商能够部署多房间DVR,同时降低成本和功耗要求。 BCM7346允许多个用户存储,移动或访问来自媒体服务器或住宅网关的内容,以便在家中任何位置的STB上播放,从而推动向更加连接和交互式的家庭网络环境的过渡,同时降低功耗,复杂性和总体成本解决方案提供商。 功能 支持多种全球格式,包括DVB-S2,DVB-S和8PSK标准 高性能且经济高效的DDR3内存,比DDR2内存节省大量成本和能源 3D图形引擎 提供强大功能的动态电源管理控制器高效的生态系统,能够实时关闭未使用的系统组件 支持数字生活网络联盟(DLNA®)互操作性指南,以便在支持DLNA的设备之间轻松共享数字内容 支持多媒体家庭平台(MHP),A适用于电视的Flash平台和RVU联盟的像素精确远程用户界面(RUI)技术,可在多种设备上实现相同的用户体验 广泛的上市时间基于Web的连接家庭机顶盒软件应用程序...

  BCM7321是一款IP机顶盒(STB)片上系统(SoC)解决方案,集成了优化的蓝牙游戏堆栈,可为手势遥控器供电与3DiJoy一起使用和交易;动作感应视频游戏技术。 BCM7321旨在通过集成的动作感应技术将IP STB转换为游戏控制台。这款STB产品彻底改变了机顶盒游戏体验,无需额外的硬件或电线即可将高质量的动态互动游戏带入起居室。 BCM7321将Broadcom的机顶盒芯片与3DiJoy的即用型高品质动态视频游戏技术相结合,使设备制造商能够快速为解决方案提供商提供解决方案,以便将富互联网内容直接快速扩展到起居室。 功能 集成1080p60输出,支持高质量高清节目并支持HDMI 1.4a输出 支持采用高速DDR3的高性价比内存技术(用于解码高清内容),高容量批量MLC / SLC NAND,SDIO和串行NOR控制器技术 集成电源管理控制器和稳压器,支持Energy Star® 使用32位内存接口支持DDR3内存设备进行标清或高清解码,代表减少STB要求,并提供灵活,可配置的待机和主动操作模式印刷电路板领域和物料清单(BOM)成本 支持引人注目的用户应用,包括RVU Alliance的远程用户界面(RUI)技术,CEA-2014 RUI客户端...

  Broadcom的BCM7572是一款DTA有线机顶盒系统级芯片(SoC)解决方案,适用于有线电视服务提供商将模拟用户直接转换为高清节目。 Broadcom的BCM7572是一款DTA有线机顶盒系统级芯片(SoC)解决方案,面向有线电视服务提供商,可将模拟用户直接转换为高清节目。 SoC提供运营商提供额外高清内容所需的网络容量。 BCM7572降低了制造商的整体物料清单(BOM)成本。 功能 x16 DDR2内存控制器和串行闪存 集成HDMI用于高质量高清显示的发射器和高清MPEG2 / AVC解码器 QAM解调器,MIPS32®级CPU,数据传输处理器,可编程音频核心,四个视频和两个音频数模转换器,以及用于各种STB控制/接收器功能的外围接口。 支持各种卡和无卡安全设备的高级安全性。 应用 HDTV ...

  ACPL-244-500E 交流输入,多通道半间距光电晶体管光电耦合器

  ACPL-244-500E是交流输入四通道半节距光电晶体管光电耦合器,每个光电耦合器包含2个反向并联连接的发光二极管。光耦合到4个独立的光电晶体管.ACPL-224-500E是一个交流输入双通道半节距晶体管光电耦合器,每个光电耦合器包含2个反向并联连接的发光二极管。光耦合到2个独立的光电晶体管。 对于这两种器件,输入输出隔离电压的额定值为3,000 VRMS。响应时间tr通常为2μs,而输入电流为+ 1mA时最小CTR为20%。 ...

  本文档的主要内容详细介绍的是蓝牙手机控制的智能房间控制器设计资料合集免费下载包括了:手机蓝牙房间控制....

  本文档的主要内容详细介绍的是爱普生C4系列机器人机械手操作手册免费下载。如果在机器人动作期间感觉到异....

  随着社会科技及经济的发展,人们对用电的稳定性和安全性要求越来越高。万能式断路器广泛应用于高层大厦的物....

  电动自行车的控制器是电动自行车的驱动系统,它是电动车整车中的核心部件。它的主要作用是控制电动机的转速....

  近年来,工业机器人已逐渐成为现代生产工艺的重要组成部分及未来发展趋势。伴随信息产业的进步,尤其是人工....

  张力控制器电流表不显示,无法控制放料张力;张力控制器电流表指示针有指示,但时大时小不稳定。

  在物料卷绕过程中,由光电传感器检测边或线的位置,以拾取边或线位置偏差信号。再将位置偏差信号传递给光电....

  APE3312是一种高效的笔记本电脑POL调压器同步降压控制器。一个小尺寸和最小化的插脚控制扫描印刷....

  麦瑞优势 •最佳的patented类混合信号技术的resulting dissipation最低功....

  UC284X和UC384X系列电流模式脉宽调制控制器的数据手册免费下载

  UC3842/3/4/5控制系列提供了实现离线或直流-直流固定频率电流模式控制方案所需的功能,外部部....

  UCC28019 8针有源功率因数校正(PFC)控制器采用升压拓扑工作不连续传导模式(CCM)。该控....

  机械按钮和旋钮正在让位于电容式触控,德州仪器的CapTIvate™电容式触控传感微控制器(MCU)正....

  采用555时基集成电路和很少的外围元件组成的一个温度自动控制器。因为电路中各点电压都来自同一直流电源....

  本文档的主要内容详细介绍的是LAN7500高速USB 2.0以太网控制器的电路原理图免费下载。

  LAN7500和LAN7500i高速USB 2.0以太网控制器的数据手册免费下载

  LAN7500/LAN7500i是一款高性能高速USB 2.0至10/100/1000以太网控制器。....

  接通电源,让被控介质(水、气)压力上升。请注意观察调正,使压力开关的设定值与压力表指示一致,(如压力....

  耐压:压力开关保持其正常性能所能承受的最大压力。但是当压力开关用于过压场合时,敏感元件将会产生持续形....

  它被用在诸如电话、计算机、附属设备以及小范围(个人局域网的工作范围一般是在10米以内)内的数字助理设....

  随着CAN总线的应用越来越广泛,工程师在面对各种不同工况下,如何选择合适的网络拓扑方式就变成了一个让....

  西门子(SIMATIC)S7-200系列小型PLC(Micro PLC)可应用于各种自动化系统。紧凑....

  本文档的主要内容详细介绍的是KT4-1温度控制仪的使用说明书免费下载。

  XPT2046是一款4线制电阻式触摸屏控制器,内含12位分辨率125KHz转换速率逐步逼近型A/D转....

  主令电器用来闭合和断开控制电路,用以控制电力拖动系统中电动机的启动、停车、制动以及调速等。主令电器可....

  维修检查方面,中央空调线控器更便捷,当需要售后维护时,维修人员需要检查系统参数,若是系统配有线控器,....

  众所周知,大脑是人体神经系统中最高级的部分,支配着人体的一切生命活动。那么对于固态硬盘 SSD 来说....

  本实验是用 FPGA 来实现 VGA 图像控制器,控制显示器显示彩条信号,分别通过拨码开关选择显示横....

  针对普通 PID 在实际工程控制中参数整定难,抗干扰能力差的问题,设计了一种基于模糊控制原理的改进型....

  符合802.11 a/b/g/n/ac Wi-Fi解决方案的skw93a模块集成了双核MIPS100....

  本文档的主要内容详细介绍的是PID的ESO控制器仿真代码资料免费下载。

  自抗扰控制器从设计思想源头至今已经有20多年的发展历史。如今自抗扰控制器在控制界已具有一定知名度,不....

  UC3842是一种性能优异、应用广泛、结构较简单的PWM开关电源集成控制器,由于它只有一个输出端,所....

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