Fahrzeuge entwickeln sich weiter und enthalten immer mehr fortschrittliche Sicherheits- und Komfortmerkmale. Diese zusätzlichen Merkmale erfordern eine komplexere Elektronik, was deutlich macht, wie wichtig eine hohe Energieeffizienz ist. Eine hohe Energieeffizienz ermöglicht größere Reichweiten und senkt die Betriebskosten, was dazu führt, dass Halbleiterhersteller die typische Versorgungsspannung eines elektrischen Bauteils wie eines Mikrocontrollers (MCU) von 5 V auf 3,3 V senken.
In vielen Automotive-Systemen wird nur noch eine 5-V-Stromschiene für den 5-V-CAN-Transceiver (CAN = Controller Area Network) benötigt, während alle anderen Bauteile mit einer 3,3-V- oder schwächeren Stromschiene aus der 12-V-, 24-V- oder 48-V-Batterie betrieben werden können. CAN-Transceiver, die mit einer 3,3-V-Stromversorgung betrieben werden, würden die 5-V-Stromschiene überflüssig machen und eine nahtlose Schnittstelle mit der MCU ermöglichen.
Für derzeit in Produktion befindliche CANs für Automotive-Anwendungen sind die einzigen verfügbaren Transceiver, die die Standards für elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) erfüllen, ebenfalls auf eine 5-V-Stromversorgung angewiesen. Abbildung 1 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm eines 5-V-CAN-Knotens, bei dem der CAN-Regler in die MCU integriert ist. Mit einem 3,3-V-CAN-Transceiver ist es möglich, das 3,3-V-Netzteil sowohl für die MCU als auch für den Transceiver zu verwenden, wodurch die Gesamtkosten für Material sowie der Platzbedarf auf dem Board reduziert werden.
3,3-V-CAN-Transceiver sind seit Jahrzehnten auf dem Industriemarkt erhältlich. Entwickler stehen jedoch vor zwei Herausforderungen, wenn sie die Transceiver für den Automotive-Markt anpassen: Wie können sie mit vorhandenen 5-V-CAN-Transceivern zusammenarbeiten und wie können sie die strengen Automotive-EMV-Anforderungen erfüllen? Dieser Beitrag erläutert, wie die 3,3-V-CAN-Transceiver von TI zur Überwindung dieser Herausforderungen beitragen können.
5-V-CAN-Transceiver sind eine etablierte Lösung für CAN-Netzwerke. Daher ist es wichtig, dass 3,3-V-CAN-Transceiver in bestehenden Netzwerken und Architekturen vollständig kompatibel sind. Für Tier-1-Zulieferer im Bereich Automotive ist die Interoperabilität besonders wichtig, da sie in der Regel nicht das gesamte Design des CAN-Netzwerks selbst erstellen. Diese Zulieferer wissen nicht, ob der Teil des CAN-Busses, den sie entwerfen, mit einem 3,3-V- oder einem 5-V-Transceiver verbunden wird.
Die Interoperabilität zwischen 3,3-V- und 5-V-CAN reduziert dieses Risiko. Wenn CAN-Transceiver mit 5 V und 3,3 V vollständig interoperabel sind, ist es nicht mehr notwendig, alle Knoten auf dem Kommunikationsbus auf 3,3 V umzustellen. Entwickler von Subsystemen können flexibel entscheiden, ob ein einzelner Knoten auf dem CAN-Bus mit einem 3,3-V-Transceiver ausgestattet werden sollte.
Die 3,3-V-CAN-Produktfamilien von TI wurden erfolgreich nach ISO 16845-2 (International Organization for Standardization) geprüft. Im Rahmen der Prüfung wurde ein homogenes Netzwerk aus allen 3,3-V-Transceivern sowie ein heterogenes Netzwerk getestet, bei dem vier von 16 CAN-Knoten 3,3-V-Transceiver und die restlichen 12 CAN-Knoten eine Mischung aus drei anderen branchenüblichen 5-V-CAN-Transceivern waren. Die 3,3-V-Transceiver TCAN3403-Q1 und TCAN3404-Q1 von TI für den Automotive-Bereich haben diese Prüfung auf Interoperabilität erfolgreich bestanden.
Das EMV-Betriebsverhalten von CAN-Transceivern wird anhand von zwei Parametern gemessen: Emissionen des Geräts selbst und Störfestigkeit gegenüber im System vorhandenen Störungen. Die Transceiver TCAN3404-Q1 und TCAN3403-Q1 erfüllen den Standard 62228-3 der IEC (International Electrotechnical Commission) für das EMV-Betriebsverhalten.
Emissionen sind die Freisetzung elektromagnetischer Energie. Im Idealfall stellen geringe Emissionen sicher, dass der normale Betrieb die Leistung anderer benachbarter Bauteile nicht beeinträchtigt. Die Störfestigkeit ist die Fähigkeit eines Geräts, bei Vorhandensein von Störungen, wie z. B. Emissionen anderer benachbarter Bauteile, fehlerfrei zu funktionieren. Die von unabhängigen Prüfstellen durchgeführten Tests gehören zu den strengsten Tests für Automotive-Anwendungen und bestimmen die Emissions- und Störfestigkeitsleistung von CAN-Transceivern.
5-V-CAN-Transceiver wurden populär, weil kommerziell erhältliche Bauteile die Entwicklung von EMV-Standards beeinflussten, wohingegen 3,3-V-CAN-Transceiver Schwierigkeiten hatten, die Herausforderungen bereits bestehender Standards zu erfüllen. Da TCAN3404-Q1 und TCAN3403-Q1 die EMV-Anforderungen in homogenen und heterogenen Netzwerken erfüllen, wurde diese Hürde überwunden.
Die Transceiver TCAN3403-Q1 und TCAN3404-Q1 erfüllen die strengen EMV-Anforderungen für Automotive-Anwendungen und sind vollständig kompatibel mit 5-V-CAN-Transceivern. Da 3,3 V zur Standard-Versorgungsspannung für Bauteile im Automotive-Bereich wird, ermöglichen 3,3-V-CAN-Transceiver ein flexibles Design, sodass die Anzahl der im System benötigten Stromnetzteile reduziert werden kann, um Energie und Kosten zu sparen.
Christen Atkinson ist Product Marketing Engineer für die Transceiver-Produktlinie bei Texas Instruments.