◎CAN總線收發器驗證

21世紀電動車全面啟動是汽車工業的大革命，自動駕駛技術讓通行更便利也改變人類的駕駛習慣。在控制單元高度電子化的整車架構下，CAN總線為關鍵通訊接口之一。如何確保CAN總線收發器在整車環境能與不同功能的收發器有極高的互操作性，可透過三種方式來進行評估。

如圖一所示為三種用來驗證CAN總線收發器在相對環境下性能與互操作性表現的方式，有收發器(Transceiver) 單體電性、單節點 (Node) 電磁兼容性能評估與多節點 (Multi-Nodes) 互操作性評估。在收發器單體方面，用來驗證是否達到國際標準化組織 (ISO) 和國際汽車工程協會 (SAE International ) 相關標準要求的電性。單節點則用SAE International標準用來評估相對環境架設下的電磁干擾與忍受度，而多節點的方式則用來評估不同功能收發器在指定通訊速率的互操作性能。除了自我評估的方式外，也可透過國際主流車廠或T1供應商認可的第三方實驗室進行驗證評估后取得相關報告。

圖一. CAN收發器驗證方式

◎ 一致性測試計畫 (Conformance Test Plan)

最新版本的CAN總線高速物理層標準為ISO 11898-2:2016[1]，定義使用串列通訊協議支援分布式即時控制和多工應用于道路用車。除了規范其電氣特性行為外，并要求需參考ISO 16845-2:2018[2]標準來進行一致性測試計畫 (Conformance Test plan)。一致性測試計畫定義出檢測的類型與架設方式，其一致性測試是用于檢測收發器元件是否符合相關標準以確保產品質量的測試過程，內容包含靜態 (Static tests) 與動態測試 (Dynamic tests)。在CAN網絡中，每個電子控制單元 (ECU)的質量不一致即可能會導致錯誤、網絡故障或網絡癱瘓等問題。因此，為了保證CAN總線網絡的正常安全運行，必須對其元件進行一致性測試。

靜態測試是在參考環境中使用預定義的設置進行，以確保測試結果有高度可重復性和可比性。測試時將檢查 CAN 總線收發器規格書的相關參數，及電性參數定義的最大最小值是否符合標準要求，預期檢測結果須符合ISO11898-2:2016的電性與極限值范圍。下圖二為利用預定義的架設要求來進行測試并描述待測物的輸入控制訊號與輸出訊號關系，其周圍元件只放置電阻、電容，但不放置靜電防護元件[1]。 (RL = 60Ω±0.6Ω, C1 = 4.7nF±0.235nF & C2 = 100pF±1pF)

圖二. Default setup for test

動態測試提高在系統內高速 CAN 收發器與不同功能收發器的相互協作可能性，并提高這方面的置信度。動態測試中包含的類型如下圖三，架設環境中使用的CAN總線協議封包格式將采用三種不同速度于資料段，有500kbit/s、2Mbit/s和5Mbit/s，仲裁段則是維持在500kbit/s。例如，AZKN1044T[3]支援可變動高速資料傳輸達5Mbit/s，在其實驗組合中于資料段驗證只需實驗2Mbit/s和5Mbit/s，因仲裁段即已采用500kbit/s速率實現。實際測試項目則是依據CAN收發器本身支援的相關功能，例如，收發器本身可提供的喚醒機制來加入做搭配實驗。

此實驗評估將采用兩種網絡搭配來進行測試，有同性質網絡 (Homogeneous Network) 和異性質網絡 (Heterogeneous Network)。同性質網絡測試有包含8個節點搭配資料速度達5Mbit/s的網路拓樸與16個節點搭配資料速度2Mbit/s的網路拓樸。異性質網絡測試則是混合不同CAN總線收發器品牌，并在不同資料傳輸速度下的網路拓樸實驗。在異性質網絡的實驗可以判斷，當與不同收發器廠家搭配且某部分電性極限值差異的環境下，是否會有不同的測試結果。

圖三. Default test applicability due to device implementation [2]

此外，其實驗過程中引入7個主要測試流程，根據正常工作模式、低功耗模式、有故障和無故障的所有可能組合。此外還加入失效現象搭配實驗，例如：CANH或CANL訊號斷路、CANH與CANL間相互短路、CANH或CANL短路到參考地、CANH或CANL短路到電池的電源及CANH和CANL訊號同時斷開的現象。透過幾種在實際汽車環境較常見的失效行為，來模擬當失效事件產生并回復到正常情況時候，是否CAN收發器仍無損壞且能在定義的行為下繼續通訊。圖四是模擬當總線上的所有ECU在正常模式時，在第三步驟模擬幾種失效現象后，并排除失效現象回復正常至少1.5秒以上。在第五步驟則是進入省電模式后，再透過總線機制喚醒節點。其過程中在２、４和６步驟結束后，所有的節點都必須能執行傳送和接收的指定行為。

圖四. Test Flow 2 - Op. mode variation after recovery at normal mode, failure application in normal mode [2]

CAN總線收發器通過完整的靜態與動態測試計畫，表示相對提高系統中當有不同收發器間互操作性的置信度。可縮短系統開發工程師評估時間，并取得車廠較高度評價。

◎ Conclusion

AZKN1044T[3]是車規等級的CAN 總線收發器符合ISO11898-2:2016標準，并支援最高可變資料速度達5Mbps與本地及遠端總線喚醒機制。另外，在收發器總線端口也提供誤觸電壓70V保護，內部更有針對ISO10605和ISO7637系列的突波能量抑制能力。也已經取得德國實驗室C&S (Communication & systems group)驗證報告可提供給客戶，參考圖五。我們更堅信透過扎實的產品驗證機制與第三方實驗室的配合將為您的產品加分，制造雙贏。

圖五. AZKN1044T Conformance Test Report

◎ Reference

[1] ISO11898-2:2016 Road vehicles – Controller area network (CAN) – Part 2: High-speed medium access unit

[2] Interoperability test specification for high-speed CAN transceiver or equivalent device, Ver. 02d00 by C&S group GmbH

[3] AZKN1044T Datasheet V1.0

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