关于CAN/CANFD采样点的内容分享

NXP管管

关于CAN/CANFD采样点的内容分享

前两天抽时间参加了CiA technology day线上网络会议交流，然后发现自己之前对于CAN/CANFD采样点的理解不是很理想，特别是关于CANFD的第二采样点的理解过于浅薄，这两天查了些资料，特做此记录。


1.位时序
由发送单元在非同步的情况下发送的每秒钟的位数称为位速率。一个位可分为4段，分别为：
·同步段（SS：Synchronization Segment）
·传播时间段（PTS：Propagation Time Segment）
·相位缓冲段1（PBS1：Phase Buffer Segment 1）
·相位缓冲段2（PBS2：Phase Buffer Segment 2）
1位分为4个段，每个段又由若干个Tq构成，这称为位时序，这些段又由可称为Time Quantum（以下称为Tq）的最小时间单位构成，如下图所示：  

1位由多少个Tq构成、每个段又由多少个Tq构成等，可以任意设定位时序。通过设定位时序，多个单元可同时采样，也可任意设定采样点。
各段的作用和Tq数如下表所示：

·每个比特的位沿 (上升沿,下降沿)应位于1个时间量的同步段内；
·同步段之后是传播段, 该部分必须足够大，以处理由延迟引起的所有相位偏移；
·两个相位段(PSEG1,PSEG2)应足够大，以覆盖所有位偏移和由SJW补偿的时钟偏移。
·同步跳变宽度（SJW）：作为重新同步的结果，可以延长PSEG1或缩短PSEG2。相位缓冲器段的延长和缩短的量具有由同步跳变宽度给定的上限。


2.采样点
采样点是接收节点判断信号逻辑的位置，采样点对CAN/CANFD总线来说极其重要，尤其是在组网的时候，网络中多个节点尽量保持同一个采样点，若网络中节点采样点不一致会导致同样的采样频率出现采样错误，进而会使整个网络出现故障。
所谓采样点是读取总线电平，并将读到的电平作为位值的点。位置在相位缓冲段1结束处。其计算公式为：Sample Point = (1+TSEG1) / (1+TSEG1+TSEG2)。

3.传输延迟
在传统CAN里面，ISO 11898-5:2007规定了最大总线传输延迟是255ns，对于最高波特率为1Mbit/s来说，此时对应的位宽为1us/bit，按照极限情况下计算每位由8个Tq组成，则每个Tq为125ns，而总线最大传输延迟是255ns，则传播时间段设置2Tq（250ns）就可以吸收该延迟。

·CAN驱动器发送端TX到总线延时在20到200ns纳秒之间
·CAN驱动器在总线到接收端RX延时在20到200ns纳秒之间
·绝缘隔离在CAN控制器与CAN驱动器之间大概有10到40ns纳秒的延时


但当使用CANFD总线时，假设波特率设为5Mbit/s时,则此时对应的位宽为200ns/bit,如果每位仍然由8个Tq组成计算，则25ns/Tq，而最大传输延迟是255ns，即相当于总线最大传输延迟为10Tq。原来的传播时间段（1~8Tq）显然无法覆盖，该如何解决这个问题？
1.增加传播时间段的Tq组成数量，但这样会导致位的Tq组成数量增加，反而会降低波特率；
2.测出传输的时延，然后进行补偿。

如果考虑总线的时延，则CANFD的数据段（高波特率）采样点相比于仲裁段（低波特率）的采样点会进行后移，具体如下图所示：

关键词：
·Transmitter delay (TD) 发送器延时
·Bit asymmetry 比特的不对称性
·Unstable RX signal due to ringing 由振铃引起的不稳定RX信号
·SP(sample point; not considering TDC) 采样点
·SSP(secondary SP; taking TDC into account)第二/辅助采样点
·TDC(transmitter delay compensation) 发送器延时补偿


在CANoe软件中对此也有相关配置，如下图所示：

辅助采样点偏移（SSP）用于补偿传输节点延迟（TD）。为了补偿TD，发送器必须能够将其发送的位与CAN网络上的当前位进行比较。然后从发射机接收比特的开头开始测量SSP。从波特率1Mbit/s开始，TD补偿会自动激活。因此，对于SSP偏移，将使用默认值。


为什么需要“传输节点延迟（TD）”和“二次采样点（SSP）”？
为了检测发送错误，CAN控制器接收其自身发送的帧的位并将其与所需值进行比较。传输节点延迟（TD）是从控制器的Tx FlipFlop到Rx FlipFlop的信号传播延迟。
TD包含控制器和收发器的延迟时间。在CANFD数据阶段的比特率为1Mbit/s或更高的情况下，TD可能大于物理比特时间。为了将发送的位值与接收的位电平进行比较，需要对TD进行补偿——所谓的发送节点延迟补偿Transmitting Node Delay Compensation (TDC)。CAN控制器测量TD并据此知道回读位的开始——所谓的辅助采样点Secondary Sample Point (SSP)。因此，从发送位的开始到回读位（SSP）的采样点的时间间隔为SSP = TD + SSP偏移。

             

4.位定时设置建议
1、设置Tq_A(Tq Arbitration Phase) = Tq_D(Tq Data Phase)，用来减少量化错误;
2、使Tq_A尽可能短，这可以将量化错误最小化;
3、选择最高可用的CAN时钟频率(例如40 MHz或80 MHz);
4、在仲裁阶段，所有节点应具有完全相同的采样点;
5、数据阶段的采样点应放置在，该位的开始处在尽可能的晚的边缘后，和该位的结束处尽可能的早的边缘的中间，在这段时间中，当总线信号稳定的时候。
6、启用TDC(基于测量)以获得高于1 Mbit/s的数据阶段比特率。


CiA 601-2文档中关于数据阶段抽样点范围和推荐的寄存器长度如下：

不同时钟晶振下的推荐值如下：

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