CAN

Maxim Integrated宣布推出DMAX33012E控制器區域網路(CAN)匯流排接收器和MAX33072E RS-485半雙工收發器，協助設計者加快大型網路的故障診斷並恢復系統的正常通訊，適合用於需要長期保持正常工作的工業自動化設備。這些元件旨在提高工業系統的正常執行時間，廣泛用於工廠基礎網路。MAX33012E具有先進的故障檢測和報告功能；MAX33072E用於連接分布在較大區域的不同節點，允許節點間存在較高的地電位差，由此大幅提高網路可靠性。 對於許多關鍵的工業應用，例如資產管理系統和通訊現場匯流排模組，可靠連接是優化生產過程、提高系統正常執行時間的基本保障。 CAN匯流排的過壓、過流和傳輸錯誤將導致停產和昂貴的機器閒置。為克服這一挑戰，MAX33012E能夠在資料線CANH和CANL上進行故障檢測，包括過壓、過流和傳輸故障，並報告故障代碼。MAX33012E的檢測和報告功能能夠以最快速度排查此類故障，重新建立鏈路通訊。 現代化工業和製造系統要求高共模電壓容限，以支援不同節點之間的正常通訊。MAX33072E所允許的共模範圍 (CMR) 比最接近的競爭產品 高1.6倍(接收器)，用於連接分布廣泛的各個節點，進而擴展了通訊網路規模，允許更多的機器在更大的區域內協同工作，鏈路構建簡單且可靠。MAX33072E的CMR為±40V，能夠在嘈雜的環境下可靠地構建工業系統的連接和通訊，允許兩個節點之間的地電位差高達-40V或+40V。

CAN滿足汽車資料傳輸需求     傳統的CAN通訊以事件為基礎，允許微控制器和專用積體電路(ASICs)在應用中直接相互通訊，採無主機設計。CAN經過半導體公司整合後，大規模地降低了成本，並且能夠與更多汽車系統相容。自2000年初以來，8位元MCU也導入了CAN協議。2015年最先推出的8位元MCU設計方案加入核心獨立周邊(CIP)，新問世的8位元MCU系列能夠解決CAN應用上許多系統的問題。 除了成本效益高之外，CAN的成功還可以歸功於其穩健性、可靠的資料傳輸，以及易於實現的特性。毫無疑問，除了成本效益極高之外，8位元MCU還具有上述優勢。因此，8位元MCU和CAN的優良組合，滿足汽車網路需求，也降低節點的成本。根據過去的經驗，CAN能夠滿足各種控制系統的需求。隨著汽車網路需要的各種屬性不斷增加，包括時間觸發、容錯和單線實現以及具有靈活資料傳輸速率的CAN(CAN FD)，CAN規範也得到擴展。表1所示為30多年前首次推出CAN以來所發生的諸多變化。 為了將感測器和致動器聯網以提高系統舒適度，汽車工程師使用區域互聯網路(LIN)協定來降低成本。但是，LIN是單線主從式網路，需要更改使用CAN的硬體和軟體。使用CAN的最新汽車應用包括門禁控制、電池充電/電池管理和診斷設備。為了滿足車輛全部的要求，尤其是從另一個CAN控制系統存取車輛資料的要求，通常就需要使用8位元MCU/CAN。圖1是將8位元MCU/CAN節點添加到現有CAN匯流排的範例。 圖1　不同的CAN可以共存，增加了CAN匯流排的靈活性 8位元MCU實現低成本網路需求     連接到CAN匯流排是系統設計人員需要實現的最低功能，透過增加專門用於滿足其他系統要求的周邊，簡化設計人員的任務。這些系統任務包括感測一個或兩個用於控制目的的參數、馬達轉動的位移、啟動電磁線圈或者提供其他功能。 使用CIP方法可以降低軟體的複雜程度，並以較低的時脈速度提供更快的回應時間，同時降低功耗。在Microchip PIC18 K83系列中的CIP系統類別包括： ·智慧類比(包括感測器介面) ·波形控制 ·時序和測量 ·邏輯和數學 ·安全和監視 ·通訊 ·低功耗和系統靈活性 在這些類別中，具體周邊包括： ·帶有記憶體掃描的迴圈冗餘校驗(CRC)，用於確保非揮發性記憶體的完整性。 ·直接記憶體存取(DMA)，用於在沒有CPU參與的情況下進行記憶體和周邊之間的資料傳輸。 ·視窗看門狗計時器(WWDT)，用於觸發系統重設。 ·帶計算功能的12位元類比至數位轉換器(ADC2)，可自動進行類比訊號分析，進而實現即時系統回應。 ·互補波形發生器(CWG)，用於達成馬達控制的高效同步開關。 除了使用CAN 2.0B外，整合CAN控制器還能夠完全相容以前版本的CAN模組(CAN 1.2和CAN 2.0A)。該產品的功能包括記憶體存取分區(MAP)，用於在資料保護和自我載入程式應用中為設計人員提供支援。元件資訊區(DIA)，則用於為工廠程式設計的元件ID和周邊校準值提供專用儲存空間。 由於CAN節點的主要目標是通訊，因此8位元MCU改進了串列通訊，包括支援非同步通訊和LIN協定的UART以及更高速的獨立I2C和SPI串列通訊介面。圖2顯示了15種CIP以及它們滿足具體系統需求的方式。過去並沒有考慮過在8位元MCU中實施這些on-chip結構，而正是由於這些結構，現在的8位元MCU的性能與許多設計人員的期望完全不同，所提供的功能遠遠超過十年前設計的MCU效能。 圖2 PIC18 K83系列中獨立於核心的周邊，可滿足多種系統需求 8位元MCU的程式設計方式非常簡單，與CAN和CIP結合使用時甚至更加容易。當這些8位元MCU能夠提供足夠的處理能力時，特別是針對遠端節點的處理能力，便能夠替代更昂貴且更難程式設計的16位元MCU。而CIP可以提供更多處理能力，實現更多8位元MCU選項。可靈活配置的on-chip硬體模組，能夠更高效更確定地處理重複嵌入。事實上，由於CAN具備良好的穩定性，如果MCU卡在迴圈的運作時，使用CIP的CAN仍然可以在核心之外繼續運行。 借助最新的8位元MCU/CAN+CIP和LIN，網路設計人員現在可以為CAN和LIN通訊提供更多靈活性和選擇。實際上，一些典型的8位元MCU LIN應用現在是潛在的CAN應用。例如，如果模組需要瞭解網路上的其他資料(如車輛速度)，CAN可能是更好的選擇，或者至少是LIN的備選方案。模組所蒐集到的數據對於擋風玻璃雨刷非常有用，可以協助系統根據車輛的速度改變雨刷速度，而無需CAN到LIN的閘道。另外，如圖2所示，使用系統級CIP可以少用一、兩個額外的ASIC。 多年來，汽車中一直使用相同的PWM和互補波形發生器CIP產生相當複雜的多色LED氣氛照明。由於MCU沒有應用CAN功能，這些驅動程式會連接到LIN匯流排。而目前將該功能與支援CAN功能的高性價比8位元MCU相結合，可為設計提供更高的靈活性和簡化的備用方法。 雖然市面上大多數8位元MCU都嚴重的依賴核心來處理周邊功能，但CIP可實現其他系統設計的可能性，不會對CPU造成明顯負擔，包括各種感測器的高精度介面、高功率LED驅動器和/或相當複雜的馬達控制水準。 使用者可以測試各種開發工具，確定哪些工具和其他可能性中的哪一種適合特定網路。例如，MPLAB周邊函數產生器(MCC)是一款免費的軟體外掛程式，可提供圖形介面來配置特定於應用的周邊和功能。借助該工具，系統設計工程師在完成特定任務時可以配置基於硬體的周邊，而不必編寫和驗證整個軟體程式。 CAN具高度成本效益 對於汽車和工業應用中的匯流排架構，系統設計人員有多種選擇。作為一種廣受多數採用的匯流排，當需要為現有網路增加檢測和/或控制功能時，具有附加功能來滿足不同系統需求的MCU使CAN成為一種良好的選擇。憑藉其獨立於核心的周邊，8位元MCU/CAN系列可將CAN擴展到網路上更具成本效益的節點中。新型8位元MCU/CAN+CIP為新興汽車網路應用提供了靈活、經濟高效、簡單而可靠的資料傳輸以及存取控制、電池充電/電池管理和診斷設備所需的更高性能和系統支援。 (本文作者為Microchip 8-bit MCU部門產品行銷經理)

穿過隔離層移動訊號和電源對設計工程師而言是一項常見的挑戰。為了提高安全性和抗噪，或產生較大的電位元差時，可能需要在不同系統領域間進行隔離。如手機充電器透過內部隔離，可以在連接器短路時防止用戶觸電。而在工廠機器人等其他應用中，敏感控制電路單獨接地，並與產生較大直流電流、噪音和接地反彈的馬達進行隔離。 通訊和感應通常在隔離層中進行。具有控制器區域網路(CAN)或CAN靈活資料傳輸速率(FD)通訊協定的汽車應用，透過整合隔離和收發器元件的隔離式CAN收發器，可以將這些訊號和汽車的高壓側隔離。工業應用也可以使用CAN協定和RS-485協定進行遠距離序列通訊。與隔離CAN和CANFD訊號雷同，設計工程師可以使用專門為RS-485協定設計的隔離式收發器。保護繼電器使用隔離式電流和電壓感測器來感測電網中的電力輸送。牽引逆變器和馬達驅動器接收馬達控制器發出的脈衝寬度調變訊號，然後訊號經過隔離器向閘極驅動器發出開啟或關閉絕緣柵雙極電晶體的指令。 隔離偏置轉換器可透過從隔離層一側提供另一側偏置電源，實現隔離通訊和感應。電流和電壓感測器、數位隔離器和閘極驅動器通常需15W以下甚至低至幾十毫瓦的電源。圖1為上述每個應用的範例。 圖1　隔離式偏置應用 隔離式DC/DC偏置電源應用多 無論是具有外部電源開關的控制器、集結了多個電源開關和控制器的轉換器，或是整合控制器、電源開關和變壓器為一體的電源模組，都有許多可提供隔離式偏置電源的解決方案。因為偏置電源解決方案的種類廣泛，涉及的應用也五花八門，為了以最低成本符合各類規格，全面瞭解應用需求至關重要。設計人員至少應該瞭解偏置電源的輸入電壓範圍、輸出電壓和輸出功率需求。 有些應用需要多個偏置電壓，因此確定每個輸出的可接受調節範圍為關鍵。隔離等級、操作環境溫度範圍、電磁干擾(EMI)和電磁相容性(EMC)等系統要求會進一步影響設計決策。表1從較廣泛的角度展示隔離式偏置轉換器的四種規格範例。 接下來介紹隔離式偏置電源拓撲的一些範例。 返馳式架構靈活調節/隔離/輸出 返馳式轉換器是一種眾所皆知的拓撲架構，數十年來被廣泛應用。這種電源轉換器因擁有靈活性和低成本等特點，可用於多種應用。透過整合場效電晶體(FET)和一次側控制等增強功能，這種拓撲結構更受矚目。 相較順向、推挽和半橋型等降壓拓撲，返馳式拓撲僅需要一個初級開關、一個整流器和一個類似變壓器的耦合電感器，如圖2為轉換器的簡化電路圖。當初級開關打開時，輸入電壓會施加在初級線圈上，在變壓器的氣隙內儲存能量。在這種情況下，僅有輸出電容器能給輸出負載供電。初級開關關閉時，儲存在變壓器中的能量通過整流器輸送到次級側，為負載和輸出電容器供電。 圖2　返馳式轉換器 返馳式轉換器完全可作為偏置轉換器，原因為返馳式轉換器能在一個轉換階段內實現調節和隔離，也可靈活用於多個輸出。因此讀者可選擇輸出繞組的數量，隨後在變壓器上纏繞線圈，借此支援自身選擇的配置。輸出繞組上的電壓是工作週期和初級到次級繞組匝數比的函數；同時為滿足系統隔離需求，也可以將每個輸出端作為不同的接地基準點。此外，返馳式轉換器的其他優勢，包括相對較低的成本和寬輸入輸出工作電壓範圍。 為實現最佳性能，正確設計返馳式變壓器非常重要。變壓器應有良好的耦合力且漏電感低，以實現最高效率和最佳調節，尤其是在多輸出的情況下。然而還必須限制初級和次級側間的寄生電感，以防止產生過多的電磁干擾(EMI)。 隔離式偏置電源拓撲實現穩定控制 如德州儀器(TI)用於搭建隔離式偏置電源的專用拓撲—Fly-Buck轉換器，其工作輸入電壓可高達100V。與返馳式轉換器相同，金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)通常整合在積體電路(IC)內，可輕鬆實現初級側控制。圖3所示為Fly-Buck轉換器。該拓撲採用同步降壓轉換器和耦合電感器來產生一個或多個隔離式輸出；當高側開關打開時，初級側則作為降壓轉換器運作，次級繞組電流為零；而當高側開關關閉且低側開關打開時，初級側則利用其儲存的能量對次級側供電。 圖3　Fly-Buck轉換器 推挽式變壓驅動器彈性又降噪 推挽式變壓驅動器是適用於低噪聲、小型隔離式電源的常用解決方案，由具有嚴格電壓調節功能的輸入軌供電，以開環模式運作，固定工作週期50%。整合MOSFET到積體電路中，可實現緊湊的電磁解決方案。 圖4所示為推挽式拓撲。推挽式拓撲是順向雙端拓撲，有兩個MOSFET作為接地基準，因此毋須外部自舉電路。與單端順向拓撲轉換器類似，FET的電壓應力是輸入電壓的兩倍。兩個MOSFET每隔半個週期切換一次，工作週期為50%，驅動變壓器裡中心抽頭的繞組。 圖4　推挽式變壓驅動器 同步降壓轉換器非常普遍，因而使得Fly-Buck轉換器拓撲備受青睞。由於回饋迴路可以在初級輸出電壓處閉合，該轉換器不需要額外的輔助繞組或光絕緣器來進行控制。同時，因耦合電感器的結構靈活，匝數比、額定絕緣等級、次級繞組數和PWM工作週期都可控制，因此適用於多種應用。 與返馳式轉換器相同，耦合電感器也必須合理設計，尤其注意要在限制初級到次級的寄生電容時控制漏電感。對於需要100V以上輸入的應用，可以使用具有外部MOSFET的Fly-Buck轉換器。 推挽式變壓驅動器是一種普遍的隔離式偏置電源解決方案，原因是其具有靈活性，能支援多路輸出；其開環配置省去回饋迴路，進而簡化設計。該變壓器具有較低的初級和次級電容，相較返馳式和Fly-Buck轉換器能降低共模噪音。此外，推挽式拓撲能更有效利用變壓器鐵芯的磁化電流，以實現比返馳式和Fly-Buck轉換器更小的磁解決方案。 即使變壓驅動器具有許多優點，但也應注意權衡利弊。不同於返馳式和Fly-Buck轉換器，變壓驅動器不支援寬輸入電壓範圍，需要嚴格調節輸入電壓；且由於沒有閉合迴路，不容易滿足輸出電壓反饋調節需求，可能需要低壓差線性穩壓器(LDO)。 電源模組常搭配隔離式偏置轉換器 電壓模組具有數十年的發展歷史。這類解決方案非常普遍，與離散式電源相比可顯著提高整合度。電源模組種類繁多，可提供輸入電壓、輸出電壓、輸出功率、輸出數量、隔離等級和調節等選項。 一般電源模組內部運作的原理，其拓撲包括變壓驅動器，與離散式拓撲雷同；某些元件可能整合成一個輸出LDO作為調節。 電源模組為大部分的隔離式偏置轉換器應用提供多種選項，因為毋須規定、設計或選擇變壓器，可以大幅簡化設計過程，只需加入輸入和輸出去耦電容就可以開始設計。同樣地，也提供同步、輸出電壓選擇、賦能和錯誤訊號等其他選項。 在使用專門配置輸出數量和變壓器匝數比的模組時，可能會降低靈活性。與額定環境溫度為125℃的模組相比，55℃和85℃選項的模組更受青睞；同樣地，採用完全增強式隔離的模組數量也不及採用功能型或基本隔離的模組。 未來偏置解決方案趨向整合 變壓器設計的創新和更高頻率的拓撲可使IC設計者將變壓器和矽整合到一個IC中，而終端用戶不需再設計變壓器或降低系統性能，便能獲得小型輕量級的隔離式DC/DC偏置電源。圖5所示為德州儀器偏置電源UCC12050的原理圖，儘管看起來與具有整合功率級和整流器的電源模組類似，但研究其運作後發現，其開關頻率比電源模組高很多。 圖5　UCC12050隔離式DC/DC偏置電源 相較開關頻率較低的其他電源，該電源的高度和重量都顯著降低；若使用內部拓撲控制方案，毋需LDO或外部回饋元件即可實現閉合迴路運作，因此可為各種隔離式DC/DC偏置電源應用帶來許多優勢。其設計使用EMI最佳化變壓器，初級側至次級側之間的電容僅為3.5pF，採用雜訊控制方案。毋需鐵氧體磁珠或LDO，雙層PCB解決方案本身即符合CISPR32B類標準。該裝置性能強勁，增強型隔離額定值為5kVrms，額定工作電壓為1.2kVrms，可在125℃環境溫度下運作。該裝置系列還包括UCC12040，其基本隔離額定值為3kVrms，額定工作電壓為800Vrms。 表2則對上述各種拓撲進行比較，可藉此看出，具有外部變壓器的拓撲能帶來較大的靈活性，而電源模組和UCC12050簡便易用。 現今已有許多隔離式電源可以選擇，但仍須瞭解輸出數量、調節需求、輸出功率、隔離等級、工作溫度和輸入電壓範圍等系統級規格。 (本文作者為德州儀器業務主管)

I-7565M-FD是具有兩個CAN通道的USB轉CAN/CAN with Flexible Data-Rate(CAN FD)總線轉換器，它符合CAN 2.0A/2.0B及CAN FD協定標準，並且提供使用者自定義的CAN總線通訊鮑率(仲裁欄位為10Kbps到1Mbps，CAN FD資料欄位為100Kbps到3Mbps)。接收到之CAN訊息時間戳記，精準度可達±1毫秒。I-7565M-FD支援CAN ID訊息過濾設定功能，透過監視及過濾控制器區域網路匯流排(CAN Bus)上的網路流量，有效遏制電子控制單元(ECU)試圖發送未授權的惡意訊息的行為，為CAN匯流排提供安全保護。 I-7565M-FD可由USB埠直接提供電源毋需外接。如果使用者需在PC或筆記型電腦上使用此模組時，在正確的使用USB介面連接電腦與I-7565M-FD後，電腦會自動載入相關的驅動程式。此外，I-7565M-FD提供Utility工具及API函式庫，讓使用者更方便地進行模組設定與通訊測試，透過應用I-7565M-FD，使用者可以更容易、更快速地進行CAN總線網路的數據收集和處理，合適的應用領域可以是CAN總線監控、樓宇自動化、遠端資料採集、環境控制與監控、實驗室設備與研究、工廠自動化等。

是德科技(Keysight)日前宣布推出4款新的雙通道InfiniiVision 1000X系列示波器，分別提供50MHz至200MHz的頻寬。此外，這些經濟型示波器提供專業級量測與功能，包括支援5種不同串列資料協定的標配解碼功能，以及區域網路(LAN)遠端連線和USB介面等特性。 全新的InfiniiVision 1000X系列示波器採用與Keysight InfiniiVision高效能示波器相同的操作介面和量測技術。其直覺式前面板支援15種語言版本，不僅操作簡易，而且內建輔助說明，例如複雜分析選項的配置祕訣，讓使用者能快速掌握示波器的功能和選項，以提升整體測試效率。該系列示波器並內建16種預設的訓練訊號，確保使用者能充分運用InfiniiVision1000X系列的量測分析功能。訓練訊號可與免費的教育工作者培訓套件結合使用，後者包括完整的示波器實驗室指南和示波器基本原理簡報檔。 全新InfiniiVision1000X系列可透過軟體授權將頻寬升級，因此使用者可以先購買目前所需的頻寬，並隨時因應設計需求變化進行升級。InfiniiVision1000X系列示波器有50、70、100和200MHz四種頻寬可供選擇，並提供可加速創新的功能，包括KeysightMegaZoomIVASIC技術，可實現每秒20萬個波形的更新速率和2GSa/s的取樣速率，以顯示同級示波器可能遺漏的隨機和偶發突波及異常情況；而InfiniiVision1000X系列為六合一儀器，包含頻率響應分析儀(波特圖)、20MHz函數產生器、協定分析儀、數位電壓表和計頻器，可大幅節省桌面空間。 標配的USB和LAN連接介面，讓多位工程師能透過LAN來連接網路，並經由網路瀏覽器進行遠端控制，以達到共用儀器的目標；同時利用其專業級量測和軟體分析功能，包括快速傅立葉轉換(FTT)，工程師可進行頻域分析並發現在時域中看不見的異常。且該系列示波器可找出放大器非線性特性所導致的串擾和失真問題，並具備每秒可執行20萬次通過/不通過波罩測試的效能，讓使用者能快速分析並判定訊號參數。至於標配串列資料功能，針對下列的低速串列協定提供觸發和解碼功能：Inter-IC(I2C)、串列周邊介面(SPI)、通用非同步收發器(UART/RS232)、控制器區域網路(CAN)、區域互聯網路(LIN)。條列功能，方便使用者查閱與時間相關的資料封包，並以醒目方式顯示錯誤。

對車載網路(IVN)而言，速度、容量和可靠性等因素具有重要的意義。目前，在高速、低延遲的應用中，如控制器區域網路(CAN)、FlexRay、區域互連網路(LIN)、媒體導向的系統傳輸(MOST)和單邊半位元組傳輸(SENT)等專用匯流排缺少所需的頻寬。因此，這些舊式標準正逐漸被淘汰，改由資訊技術(IT)領域中的成熟技術所取代。 現今的關鍵範例即是汽車乙太網路，其涵蓋美國電機暨電子工程師學會(IEEE)所支援的四個標準。目前，汽車乙太網路將與跨越多個系統和子系統的多條匯流排共存。因此，在車輛和IVN的設計、驗證、除錯、疑難排解、維護和維修中，必須採用不同的測試方法。 本文概述與IVN的預期未來發展相關的趨勢、挑戰和解決方案。本文目標不是讓讀者成為該主題的專家，而是協助其奠定扎實基礎，以更深入進行IVN測試，進而讓讀者暨相關團隊將能加速讓新設計投入生產、簡化驗證測試、增強相容性測試、最佳化生產測試，以及簡化服務和維修後測試。 未來網路承載資料量/速度將大幅增加 如今，許多汽車皆包含80個以上的電子控制單元(ECU)。迄今為止，CAN、LIN、FlexRay、MOST和SENT等標準已在這些ECU和各種車載系統之間傳遞資訊：引擎、動力總成、變速器、剎車、車體、懸吊系統、資訊娛樂系統等(表1)。此外，蜂巢式和非蜂巢式無線技術(如Bluetooth、WLAN和GNSS)正在將外部資料串流傳送至資訊娛樂、導航和交通資訊系統。 表1　在主要的汽車系統中，不同的匯流排和資料速率可提供必要的通訊 在未來數年內，預計每輛車將會包含超過100個ECU，且連線的車內網路每天將要承載數TB的資料；且汽車估計將持續利用CAN、CAN-FD、LIN、FlexRay、SENT和MOST；不過，目前最高資料速率在FlexRay中為10Mbps，在MOST中則為150Mbps。換句話說，單純的「更快速」願望談何容易—普及的CAN匯流排將需要進行大規模的重新設計，以提供必要的速度、安全性和向後相容性。 隨著感測器數量增加和靈敏度提高，系統將會產生大量的資料：想像一下，有10至20部攝影機，提供360度視角，可全部傳送1080P(現在)或4K(未來)HD串流，且畫素深度從16至20(甚至是24)位元。這些數字會非常迅速地積少成多使得一部具有24位元畫素深度的4K攝影機將以每秒10至30個訊框的速率、每個訊框產生199MB。儘管現在1Gbps的速率可能已足夠，但很快將必須達到10Gbps(圖1)。 圖1　更多的系統會產生更多機載資料，這也推動對越來越多的感應器和ECU之間更快的資料速率和更寬頻寬的需求 目前IVN使用預處理硬體，在感測器處執行資料縮減(即壓縮)。不幸的是，這會導致延遲，影響反應時間，同時還降低影像品質，進一步限制有用的偵測距離。目前有一種新興的解決方案是將2至8Gbps的原始資料串流傳輸到晶片上的集中式系統(SoC)或通用處理單元(GPU)，這些資料可以處理傳入的即時資料。IVN正在從平面架構過渡到網域控制器架構；在該架構中，感測器會將原始資料串流傳輸到中央處理單元。 必要通訊串流正在擴大，並與車輛到基礎設施(V2I)、車輛到車輛(V2V)和車輛到所有事物(V2X)發展息息相關。這些均將在車輛操作和人機互動中發揮重要作用。 汽車乙太網路於高速通訊扮要角 在汽車應用中，資料的最佳利用需要更快的輸送量、更低的延遲、更高的可靠性和更高的服務品質(QoS)，以確保車輛的安全及可靠操作。隨著速度達到10Gbps，汽車乙太網路將在承載高速資料通訊方面發揮越來越重要的作用：IEEE 802.3cg，10BASE-T1，10Mbps；IEEE 802.3bw，100BASE-T1，100Mbps；IEEE 802.3bp，1000BASE-T1，1Gbps；以及IEEE 802.3ch，10GBASE-T1，2.5/5/10Gbps。 考量可用資料速率和對此類效能日益成長的需求，以及減少布線重量的期望，許多產業觀察家對汽車乙太網路普及率和連接的車載節點數量皆發布樂觀的預測。 產業標準化將迎新優勢 在整個汽車產業的歷史中，有一種歷史悠久的良好作法始終沒有改變：標準化。標準化作法之所以能夠歷久彌新，全是因為此作法可帶來重要的優勢，如供應商之間的競爭提升、組件成本降低，並確保互通性。 匯流排資料速率/支援拓撲為比較標的 在查看不同的匯流排時，比較每種匯流排的最大資料速率和其支援的網路拓撲類型是實用的資訊(表2)。 表2 主要汽車匯流排適合特定的任務範圍，但相較於以乙太網路為基礎的網路而言，這也使其通用性較差 汽車乙太網路還新增「交換結構」功能，可在區域網路(LAN)中提供高效效能。此功能會利用硬體和軟體的組合，並搭配多個乙太網路交換機來控制往返網路節點的流量。光纖網路知道其所有路徑、節點、需求和資源。在此框架內，可用的位址空間為224，可連接多達1,600萬個節點或裝置。 在新一代的IVN領域中，標準化的例子包括汽車乙太網路、MIPI A-PHY和HDBaseT車用電子。利用來自IT領域的可靠技術，隨著未來的車輛成為車輪上的資料中心，汽車產業將獲得重要的新優勢。 IVN測試於生命週期越發重要 隨著車輛達到更高的自主性，系統故障的潛在後果亦變得更加嚴重。為了協助確保此類系統的安全、可靠運作，車載網路的測試在車輛的整個生命週期中都變得越來越重要(圖2)。 圖2　在整個生命週期內維持測試一致性，將能有效避免系統故障，進而使越來越多的自動駕駛汽車能安全可靠運作 因此，仔細選擇系統設計工具和IVN測試解決方案，以充分滿足汽車生命週期所有不同階段的需求，將可為一級供應商、汽車OEM和汽車終端使用者帶來深遠的好處。 多匯流排測試並排運作挑戰多 現今的車輛採用多個同時運作的通訊匯流排。因此，系統最佳化和除錯作業既困難又耗時。在車輛的有限空間內平行使用所有技術，可能會導致電磁干擾(EMI)、訊號品質差等狀況，甚至可能導致嚴重的系統故障。 測試車載網路需要檢查整個車輛內部和整個車輛的可靠性、互通性、抗雜訊能力、串音和干擾源。驗證操作功能和通訊可靠性將遍及車輛內部每個ECU管理和匯流排連接的系統(圖3)。隨著車輛的資料密集度越來越大，測試對於確保生命週期各個階段(開發、驗證、生產、維護和服務)的安全、可靠運作至關重要。 圖3　網路架構範例，此架構使用汽車乙太網路作為中心集線器，用於與目前依賴於各種專用匯流排的各種系統進行通訊 測試挑戰1：除錯匯流排問題 CAN、LIN和FlexRay是相對成熟的匯流排通訊協定，而且設計堅固並易於整合。即使如此，車載通訊也會受到雜訊、電路板布局以及通電/斷電時序的影響，其中的問題可能包括過多的匯流排錯誤和鎖定。 使用CAN、LIN和FlexRay時，常見的問題包括訊號故障的疑難排解、除錯解碼通訊協定，以及瞭解多個通道、感應器和致動器。使用SENT時，則難以先配置示波器以解碼快速通道和慢速通道SENT訊息，然後再觸發解碼後的資訊。 如上所述，在車輛的近距離內同時運作的多條匯流排會產生EMI，進而導致訊號品質較差。預相容性測試可協助讀者隔離並確定訊號品質問題和匯流排效能問題的原因。如同CISPR 12、CISPR 25、EN 55013、EN 55022(由EN55032取代)和CFR Title 47，第15部分等相關標準相較，此測試還將提高讀者通過EMI和電磁相容性(EMC)正式測試的能力。 測試挑戰2：驗證電氣相容性 若要讓整個系統維持安全的運作，使用者必須確保可靠、低延遲的資料輸入/輸出車輛，或在車輛內傳輸。與CAN、LIN和其他產品不同，汽車乙太網路具有一套由IEEE和開放汽車聯盟(OPEN Alliance)定義的複雜的相容性測試套件，其中包括確保符合標準的電氣要求。這些測試通常會在設計、驗證和生產期間執行。 使用汽車乙太網路時，實體(PHY)層電氣測試涵蓋了發射器/接收器(收發器)效能的幾個關鍵屬性，如表3所示。具體目標是測試實體介質附件(PMA)與各種電氣參數的相容性。圖4顯示一個主發射器時序抖動測試的範例。有鑑於嚴格的相容性限制，以及需要消除任何可能的隨機或確定性抖動來源，主機和從屬裝置抖動量測可能會極具挑戰性。 圖4　主發射器時序抖動分析顯示了30.68ps的時間間隔誤差(TIE)，這是使用Tektronix 5/6系列MSO示波器和選配5-DJA/6-DJA量測所得出 表3　汽車乙太網路標準包括電氣量測，這些量測可分析透過單一UTP電纜所傳輸的訊號品質特性 測試挑戰3：驗證通訊協定相容性/系統效能 數位訊號的常見心理圖像是簡單的方波狀脈衝序列，具有兩個等級，指示「一」或「零」。實際上，大多數數位通訊網路使用多個等級來編碼每單位時間的更多資訊。有一種常見的方法稱為脈衝振幅調變(PAM)。 汽車乙太網路使用一種稱為三級PAM或PAM3的技術，以在相同的時脈頻率下達到更高的資料速率；在PAM3中，每個位準均須在特定的電壓位準下且在相對嚴格的容限範圍內。 這些訊號可能非常複雜，但是以示波器為基礎的量測(稱為眼圖)這種相對於訊號編碼要求(即通訊協定測試)確定訊號效能的視覺有效方式。眼圖的關鍵尺寸是其高度、寬度、線性和厚度(圖5)。結合這些資料將可提供實用的資訊，用以瞭解訊號如何可靠且正確傳遞編碼的資訊。 圖5　累積眼圖是一種可視化和分析一或多個週期內的多位準訊號特性的有效方法 務必留意的是，汽車乙太網路利用全雙工操作，這意謂著兩個連結的裝置可同時傳送和接收資料。相較傳統共用網路，其提供三個優點。首先，兩部裝置均可立即傳送和接收，而毋需輪流使用；其次，系統具有更大的聚合頻寬；第三，全雙工可在不同的裝置配對(如主從裝置)之間同時進行對話。 在這種複雜性中，汽車工程師面臨另一個挑戰：使用PAM3訊號進行全雙工通訊，不僅難以視覺化汽車乙太網路流量，亦無法完整分析訊號完整性。為了在連結上執行訊號完整性分析，並在實際系統環境中(使用示波器)對通訊協定進行解碼，設計人員需要分別查看每個連結，而此步驟要求在執行任何類型的分析之前先將訊號分隔。圖6和圖7對此狀況予以說明，而圖7則是採用太克(Tektronix)的創新型非侵入式訊號分離解決方案作為示例。 圖6　若不分離主從訊號，則難以理解該汽車乙太網路訊號的眼圖(頂部) 圖7　應用Tektronix的非侵入式訊號分離軟體，可以清晰看到主訊號的眼圖 節點之間的可靠通訊對於汽車的運作極為重要。因此，本文強烈建議在各種環境條件下使用不同的電纜長度、注入的雜訊等，在系統層級測試訊號完整性和通訊協定。 測試挑戰4：疑難排解/除錯中六大問題 無論問題是匯流排效能、EMI、電氣相容性，或是通訊協定相容性，皆由兩個基本屬性決定訊號品質，並因此決定資料效能：振幅和時序。為確保數位資訊能在匯流排上成功傳輸，必須在兩個向度上皆精確操作。在更快的匯流排速率和越來越複雜的訊號調變技術(如PAM3)下，此要求變得更加困難。 在開始除錯時，有六個問題特別常見，並且有一些眾所周知的根本原因： ・振幅問題：振鈴、動態載變電壓、矮波脈衝 ・邊緣像差：電路板布局問題、不正確的終端、電路問題 ・反射：電路板布局問題，不正確的終端 ・串音：訊號耦合、EMI ・接地反彈：過多的電流消耗、電源供應器中的電阻和接地迴路 ・抖動：雜訊、串音、時序不穩定 示波器是優先選擇的量測工具，但是由於沒有足夠的頻率涵蓋範圍、通道數、附件或螢幕上分析功能，導致疑難排解和除錯作業變得繁瑣且耗時。 標準化為IVN測試最佳解 如前所述，標準化一直是汽車產業長期以來的最佳作法。退一步談，這個相同的概念可應用於IVN測試解決方案的選擇。 透過統一的測試方法進行標準化將可協助讀者管理測試成本，如選擇一個可以輕鬆適應更高速度的測試平台，將使測試和量測解決方案支出更加有效。 在現實世界中，人們需要考量到車輛及其車載系統整個生命週期內的組織職責分野。若沒有統一的策略，通常的作法將導致在不同的測試組間的隨機測試硬體和軟體逐漸累積。 不幸的是，零散建立解決方案的方法並不足以對整合式系統或子系統進行有效的端到端測試。較可能的結果是開發團隊內部或跨活動(如開發、驗證、生產和服務)的量測結果不一致，而且測試時間會增加。 進一步仔細研究解決方案的一般屬性和特定屬性，這些屬性將有助於讀者降低測試成本，同時可確保在整個車輛生命週期中的結果一致。 概述解決方案一般屬性 在所有類型的IVN中，測試解決方案均須使讀者能查看原始的即時訊號和解碼的匯流排流量。透過CAN、FlexRay、LIN和SENT等成熟的標準，具有通訊協定解碼功能的示波器可用於查看和評估訊號品質，以及解碼後的匯流排流量。這些功能可協助讀者查看對系統效能有不利影響的相容性悖離行為。 對於汽車乙太網路而言，通過相容性測試的能力對於半導體製造商和一級供應商而言皆是不可避免的障礙。在正式的相容性測試之前執行詳細的訊號資格驗證程序，將可提升通過所需測試的可能性。 讀者可使用涵蓋所需頻率頻寬的示波器，並搭配適當的探棒、夾具、訊號源和軟體(如通訊協定解碼和分析)，來執行必要的汽車匯流排量測。如CAN匯流排是差動訊號。雖然示波器可使用單端探測方法來擷取和解碼匯流排，但使用差動探測方法將可提高訊號完整性和抗雜訊能力。 典型的測試過程是使設計經受多種操作條件(包括壓力測試)的影響，並分析其效能特性。關鍵量測包括電壓和時序量測、抖動分析和眼圖分析(如PAM3訊號)。如有需要，應可較易將結果與個別相容性測試串聯，而且更有價值的是，在整個供應鏈中相關—半導體製造商、一級供應商和OEM。 有廠商如Tektronix直接與汽車產業的工程師、第三方解決方案提供商和標準組織合作，為車載網路的驗證、疑難排解和相容性建立一系列創新的解決方案，該方案包括示波器、探棒、訊號源、頻譜分析儀和軟體。透過已針對應用進行最佳化處理的軟體解決方案，讀者可配置這些解決方案以解決CAN、CAN-FD、FlexRay、LIN、SENT、汽車乙太網路等問題。該軟體應用程式可提供進階分析功能，並透過自動化程序、量測和報告等功能有效節省時間。表4概述該解決方案在三個關鍵領域中的測試和分析：訊號品質、PMA發射器相容性和專用匯流排。 表4　可以輕鬆為車載網路應用建立正確的解決方案 IVN傳輸能力需不斷進步 確保可靠、低延遲的資料，在現代汽車內匯入/匯出及內部傳輸是整個系統維持安全、可靠運作的基本要求。考量到目前和未來車輛設計中所使用的匯流排數量，達成此目標就變得越來越困難。 在缺乏周全考量的情況下，由於各個測試部門之間須逐步累積硬體和軟體測試，導致常規作法陷入典型多年開發時間軸中。不幸的是，零星建立解決方案的方法並不足以對整合式系統或子系統進行有效的端到端測試。由此可能產生的結果是在測試解決方案方面支出效率低下，並且同樣令人擔憂的是，開發團隊內部、部門之間或整個供應鏈中的量測結果不一致。 在所有主要的IVN以及整個車輛生命週期中，該方案可協助讀者和讀者的團隊更快速讓新設計投入生產、加速驗證測試、增強相容性測試、最佳化生產測試，以及簡化服務和維修後測試。最終結果便將顯著提高滿足成本和進度等計畫目標的能力。 (本文作者任職於太克)

CANopen是一種基於CAN(Controller Area Network)bus上的網路協定，且已經被使用在各種不同的應用中，像交通工具，工業機械，自動化建築，醫療裝置，航海應用，飯店器具和實驗室設備等。它不僅提供了訊息的廣播，同時也支援節點間的點對點資料交換。CANopen內所規範的網路管理功能，可以簡化專案的設計。此外，使用者還可以透過CANopen規範內的網路啟動(Network Start-up)機制和錯誤管理(Error Management)機制，來對CANopen網路進行實作與偵錯。 泓格科技PM-3133-RCT500P-CPS，PM-3133-RCT500P-CPS為提供CANopen通訊協定的電力量測模組，它的高精確度(<2%,PF=1;輸入電流>50A)可以適用於低電壓的一次側以及中/高電壓的二次側，使用戶能夠獲得可靠和準確的能源消耗數據，並進行即時的設備監控與操作。該模組使用口徑55~105mm的羅氏線圈比流器。 PM-3133-RCT500P-CPS的輸入電壓範圍10〜500VAC，可相容於各國電壓規範，同時它帶有2通道的繼電器可以被用來連接警報器或指示燈發出警告訊息。 它可以當成CANopen的僕端設備，所以使用者可以很容易的應用PM-3133-RCT500P-CPS 在任何CANopen協定的網路上。透過PDO事件計時器的使用，能定時自動回覆電表的電力資訊，當需要收集大量電力資訊時，這樣的通訊方式會更有效率。除此之外，PM-3133-RCT500P-CPS的CAN bus介面擁有仲裁機制，會自動避開資料碰撞的情況，為CANopen電表系列產品提供更高的穩定度。

為因應工業和智慧建築、能源系統、軍用/航空網路對速度、功能、隔離和性能的需求，Analog Devices(ADI)近日宣布擴充其用於彈性資料速率控制器區域網路(CAN FD)之收發器產品線。電流隔離iCoupler數位隔離ADM3055E IC系列不僅符合且遠遠超越5Mbps的業界標準，可提供12Mbps性能以支援未來需求，同時保持與現有CAN和CAN FD設計完全向後相容。增強型ADM3055E具備新型低輻射isoPower隔離式DC/DC轉換器及增強的穩健性，使CAN節點的設計導入更容易，以加速產品上市時間並實現充分安全隔離。 ADM3055E系列產品特色在於雙層PCB符合EN 55022/CISPR 22 B類輻射標準，以及IEC61000-4-2 4級ESD額定值。另外，CAN匯流排接腳提供±40V匯流排故障保護、±25V共模範圍，以及5V邏輯側VCC和隔離側VIO選項，支援1.8V、2.5V、3.3V和5.0V電源。 新一代CAN FD ADM3055E系列具有較低的迴路延遲和延展性的共模範圍，讓設計人員可實現更高的資料速率和更長的纜線長度。整合隔離式DC-DC轉換器無需為隔離匯流排側提供單獨的電源。高整合度、易於獲得輻射和ESD認證、以及整合式隔離電源的結合，使設計人員能夠將開發成本、PC板面積和整體解決方案尺寸縮減至最小，同時避開現有隔離產品和方法的侷限性。具較低隔離額定值之版本並將於近期推出。

英飛凌科技股份有限公司近日推出兩款全新系列的系統基礎晶片(SBC)產品：Lite與Mid-Range+。這些產品是市面上首款支援ISO CAN FD通訊協定，並以5Mbit/s速度進行通訊的SBC，適用於廣泛的各種汽車應用。 SBC是為汽車電子控制單元(ECU)中的微控制器供應電源與通訊的晶片，結合電源、通訊匯流排介面(CAN、LIN)及監督功能。相較於獨立式解決方案，這種以單一晶片整合三種功能的方案可以降低系統成本，並將設計尺寸縮小達80％。 英飛凌新推出的Lite SBC是可提供最佳系統成本的入門級SBC，結合CAN收發器以適用廣大的應用範圍，例如車內無線充電器、NOx感測器、排檔桿或燈光控制單元。Mid-Range+ SBC為更強大的裝置，包含一個CAN與最多兩個LIN收發器，以支援車身控制模組及閘道器模組等。 除了高速通訊，此全新英飛凌SBC具有更低的功耗。藉由其可選擇的部分網路功能，可在不需要ECU時時讓其處於睡眠或停止模式，以減少耗電。Lite SBC系列還具備一個電荷泵，可驅動高側n通道功率MOSFET，可在休眠模式期間斷開外部負載，進一步降低靜態電流。 全新SBC系列的所有產品皆具有診斷與監督功能，可支援ECU功能安全概念，例如欠壓監控、含重置功能的看門狗、失效安全運作模式及失效安全輸出。此外，Mid-Range+系列可由四個高側開關來驅動外部負載。  

瑞薩電子與車用虛擬機器管理軟體(Hypervisor)業者OpenSynergy近日共同宣布，Parrot Faurecia已在其汽車安全多顯示駕駛座(Safe Multi-Display Cockpit)中，導入了瑞薩的系統單晶片(SoC)R-Car H3，以及OpenSynergy的COQOS Hypervisor SDK。 其中，COQOS Hypervisor的客體作業系統為最新版本的Android，負責在R-Car H3 SoC晶片上，同時執行儀表板功能(包括基於Linux的安全相關顯示元素)和基於Android的車載資訊娛樂系統(IVI)。COQOS Hypervisor SDK與Android及Linux共享R-Car H3 GPU，讓應用程式能在多顯示器上呈現，藉此實現強大而靈活的駕駛座系統。 瑞薩的車用R-Car H3 SoC，能為整合式駕駛座和連網汽車提供最佳化的功能與性能。R-Car H3 GPU及視訊與音訊IP結合了虛擬化功能，讓虛擬化得以透過虛擬機器管理軟體來實現，並讓多個作業系統能互相獨立而安全地運作。 OpenSynergy的COQOS Hypervisor SDK，則能讓多個作業系統同時使用R-Car H3 GPU，而不會出現干擾問題，並可存取多個顯示器。舉例來說，在Android上運行的IVI應用程式，以及在Linux上運行的儀表板軟體，便可以共享顯示器。其中的螢幕管理器能控制儀表板內的共享顯示，以確保各影像內容不會遮蓋到與安全性有關的關鍵資訊。COQOS Hypervisor SDK還包括一個符合AUTOSAR標準的CAN閘道器，可在瑞薩R-Car...