【图解CAN总线】-10-详解CANFD的TDC以及SSP(收发器延迟补偿和第二采样点)

目录

1 CAN Transceiver收发器结构

1.1 CAN收发器对本ECU发送CAN报文的“回采”

1.2 什么是Loop delay环路延迟

1.2.1 Loop delay环路延迟的典型值

2 什么是TDC:Transceiver Delay Compensation收发器延迟补偿

2.1 总结：Transceiver Delay Compensation启用条件

2.2 Secondary sample point test第二采样点测试方法

2.3 Infineon英飞凌TC2xx系列芯片 – TDC配置寄存器摘录

END

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注：Transceiver Delay Compensation同Transmitter Delay Compensation

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CAN Matrix DBC

CAN Matrix Arxml

CANFD/经典CAN/CANXL

1 CAN Transceiver收发器结构

以NXP恩智浦的TJA1145A为例(见图1-1)，来介绍CAN收发器。TJA1145A是一款高速CAN收发器，可在控制器局域网(CAN)协议控制器和物理双线式CAN总线之间提供接口。该收发器专门设计用于汽车行业的高速CAN和CAN FD应用，可为微控制器中的CAN协议控制器提供具有差异化优势的信号发送和接收能力。

TJA1145A在CAN FD快速相位下，即使数据速率高达5 Mbit/s，也能实现可靠的通信。

TJA1145A在待机模式和休眠模式下具有超低的功耗，通过使用选择性唤醒功能，支持符合ISO 11898-6标准的CAN Partial networking（PN）。

图1-1

下图(见图1-2)为TJA1145A高速CAN收发器功能框图。

图1-2

Pin编号	Pin名称	描述
1	TXD	MCU的CAN控制器发送报文。CAN收发器通过该pin接收发送报文的0和1数字电平序列，并通过CANH和CANL转换为差分电平。
2	GND	Ground地
3	VCC	CAN收发器的5V供电
4	RXD	节点接收报文，以及CAN收发器回采的报文。CAN收发器通过该pin将差分电平转换为0和1数字电平序列给到MCU的CAN控制器。
5	VIO	输入/输出电平适配器的供电电压
6	SDO	SPI通信。CAN收发器作为从机，通过该pin发送数据给主机MCU。
7	INH	用于切换外部稳压器的高边输出。CAN总线或WAKE引脚上的唤醒事件将INH引脚切换到BAT电平。系统上电后（BAT从零上升），INH引脚自动切换到BAT电平。
8	SCK	SPI通信。MCU作为主机，通过该pin提供Clock时钟。
9	WAKE	Local Wake-up输入
10	BAT	车辆低压12V电池供电输入
11	SDI	SPI通信。CAN收发器作为从机，通过该pin接收来自主机MCU的数据。
12	CANL	CAN低
13	CANH	CAN高
14	SCSN	SPI通信。MCU作为主机，通过该pin提供片选信号。

1.1 CAN收发器对本ECU发送CAN报文的“回采”

“回采”的理论基础。在CAN协议规范（ISO 11898-1-2015）中，有如下图的要求：

 “监视（发送器将发送的位电平与网络上检测到的位电平进行比较）；”

“a）bit error位错误

在总线上，一个节点发送一个位也应监视总线。当监视的位值与发送的位值不同时，就会在该bit time检测到bit error位错误。”

上述这些要求，在CAN controller与CAN transceiver之间是如何实现的？我们将图1-2的左下角部分进行单独的分解，得到图1-3：

Step1：ECU准备发送一帧报文，CAN控制器按照经典CAN/CANFD帧格式，通过TX发送0和1数字电平序列给到CAN收发器；

Step2：CAN收发器中的Transmitter将0和1数字电平序列转换差分电平，通过CANH和CANL发送到CAN Bus上；

Step3：与此同时，CAN收发器中的Receiver回读CAN Bus上的差分电平，并转化为0和1数字电平，给到CAN控制器，完成一次“该ECU发送一帧CAN报文的回采”；

Step4：CAN控制器比较Step1和Step3中TX和RX上数字电平是否一致，见图1-4，CAN报文发送过程可详见博文“【图解CAN总线】-9-详述经典CAN和CANFD报文是如何收发的”。

图1-3

图1-4

1.2 什么是Loop delay环路延迟

loop delay环路延迟的概念：

在“回采”过程中，CAN收发器经历了两次转换：Transmitter将0和1数字电平序列转换差分电平；Receiver将差分电平转换0和1数字电平序列。因为转换是需要时间的，势必有物理上的延迟。见图1-5，ECU发送一帧报文。TX和Rx Pin上电平变化：Rx上的数字电平变化会滞后些许时间。

图1-5

图1-6展示的是示波器下，一个CANFD帧局部放大的后效果：RX电平变化相比TX滞后了100多纳秒。

图1-6

1.2.1 Loop delay环路延迟的典型值

另外在TJA1145A的Data Sheet数据手册中，也给出了Loop delay环路延迟的典型值，见图1-7和1-8。该值随着电气参数的变化而变化。

图1-7

图1-8

2 什么是TDC:Transceiver Delay Compensation收发器延迟补偿

在CAN FD数据段，如果使用较快的比特率（启用BRS位），导致bit time较短，则local CAN transceiver loop delay造成的延迟将大于Phase_Seg1（见图2-1，采样点前的time segment时间段）：假设Loop delay环路延迟是255纳秒，如果CANFD帧数据段Bit Rate大于等于4Mhz，即一个Bit Time小于等于250纳秒，从而导致检测到bit error位错误。transceiver loop delay收发器环路延迟限制了CAN FD帧数据段的Bit Rate比特率。

图2-1

因此，为了克服这一限制，引入了TDC(Transceiver Delay Compensation收发器延迟补偿)功能，即在CAN FD帧的数据段，发送器应使用一个新的采样点SSP（Secondary Sample Point第二采样点），而忽略transceiver loop delay收发器环路延迟的SP（sample point）。

Secondary Sample Point第二采样点由transceiver loop delay收发器环路延迟和可配置的transceiver delay compensation offset收发器延迟补偿偏移组成。

Transceiver loop delay收发器环路延迟是在每个发送帧中从EDL位（同FDF位）到下一位r0的边沿，对应发送位边沿和接收位边沿之间测量的(见图2-2，图2-3）。测得的loop delay不足以用于定义secondary sample point，因为它与位边沿有关。

图2-2 Transceiver loop delay收发器环路延迟测量

图2-3 示波器下，一个CANFD帧RX电平变化相比TX滞后了120纳秒

Transceiver delay compensation offset收发器延迟补偿偏移用于将secondary sample point从边沿转移到bit time内的中间点，远离其边沿。因此，offset值不能大于data phase的bit time。

如果secondary sample point设置得非常接近CAN bit边沿（见图2-1，Sync_Seg字段），则在data phase的位采样期间可能会出现问题。为了使TDC可靠地工作，offset必须使用最佳设置。为确保在最佳区域中执行位采样，TDC offset建议参考如下等式，参考图2-1：

Offset = Phase_Seg1 + Prop_Seg + 2

下图2-4显示了使用这些设置时的SSP位置。

图2-4

2.1 总结：Transceiver Delay Compensation启用条件

通过以上章节的描述，总结如下：

条件1：该帧必须是CANFD帧（不适用于经典CAN帧，原因是其bit time远大于Loop Delay），并且启用了BRS位（数据段比特率高于仲裁段比特率），SSP作用在CANFD帧的数据段；

条件2：TDC仅适用于ECU发送的CANFD帧，不适用ECU接收的CANFD帧；

条件3：在MCU的寄存器中启用TDC功能；

2.2 Secondary sample point test第二采样点测试方法

在《ISO 16845-1-Part 1_Data link layer and physical signalling_2016》标准的”8.8.2 Secondary sample point test”章节描述SSP的测试方法。

2.3 Infineon英飞凌TC2xx系列芯片 – TDC配置寄存器摘录

Transceiver Delay Compensation收发器延迟补偿寄存器TDCRx包含设置Transceiver Delay Compensation收发器延迟补偿功能的所有参数以及相应的状态位。NTDCRx寄存器只有在NCRx.CCE位被设置时才能写入。

CAN_NTDCRx（x = 0-2）

Node x Transceiver Delay Compensation收发器延迟补偿寄存器（23CH+x*100H）0000 0000H

CAN1_NTDCRz（z = 0-2）

Node z Transceiver Delay Compensation收发器延迟补偿寄存器（23CH+z*100H）0000 0000H

Field	Bits	Type	Description
TDCV	[4:0]	r	Transceiver Delay Compensation Value 该位字段显示secondary sample point第二采样点，即测量的transceiver delay收发器延迟（从CAN发送到接收）与transceiver delay compensation offset收发器延迟补偿偏移NTDCRz.TDCO之和。 TDCV的有效值为tq（time quanta）的0至31倍。
TDCO	[11:8]	rw	Transceiver Delay Compensation Offset 该位字段定义了Transceiver Delay Compensation收发器延迟补偿偏移量，该偏移量被添加到测量的transceiver delay收发器延迟（从CAN发送到接收）中，形成secondary sample point。 TDCO的有效值为tq（time quanta）的0至15倍。
TDC	15	rw	Transceiver Delay Compensation Enable 该位启用Transceiver Delay Compensation收发器延迟补偿功能： 0B：禁用Transceiver Delay Compensation收发器延迟补偿。 1B：启用Transceiver Delay Compensation收发器延迟补偿。
0	[7:5], [14:12], [31:16]	r	Reserved 读为0；应写为0。

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