當(dāng)前，汽車行業(yè)正處于變革的十字路口，全球市場(chǎng)正加速邁向更智能的解決方案。在最新一代車輛的E/E架構(gòu)中，高效傳輸大數(shù)據(jù)包的需求日益增長(zhǎng)，因此，高速通信接口（如 100 Mbit、1000 Mbit，甚至多千兆以太網(wǎng)鏈路）成為發(fā)展趨勢(shì)。

然而，在現(xiàn)代汽車的主干網(wǎng)絡(luò)中，這些高速接口主要用于傳輸視頻數(shù)據(jù)等大帶寬應(yīng)用。與此同時(shí)，為了執(zhí)行各類控制任務(wù)，主ECU需要從分布在整車各處的傳感器采集數(shù)據(jù)，并向不同的執(zhí)行器（如外圍 ECU、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、車燈等）發(fā)送指令。這些傳感器和執(zhí)行器通常通過(guò)CAN總線或部分過(guò)時(shí)的通信協(xié)議（如FlexRay）連接至主干網(wǎng)。

相較于更高速度和較高成本的以太網(wǎng)鏈路，非屏蔽雙絞線電纜（如CAN總線所使用的電纜）的解決方案兼顧了成本-速度，其物理傳輸速率可達(dá)10 Mbit/s，甚至更高。

為調(diào)整成本與速度的匹配，業(yè)界近期制定了兩項(xiàng)新標(biāo)準(zhǔn)：10 Base-T1S和CAN XL。博世深度參與了這兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的制定。

本文將重點(diǎn)介紹CAN XL，并聚焦于博世于 2024 年底推出的首款新一代CAN SIC XL 收發(fā)器 ASIC，該芯片支持高達(dá)20 Mbit/s的 CAN 網(wǎng)絡(luò)傳輸速率，為汽車通信帶來(lái)更高效、更經(jīng)濟(jì)的解決方案。

01先進(jìn)的CAN XL技術(shù)

在汽車通信領(lǐng)域，CAN 網(wǎng)絡(luò)憑借其穩(wěn)定性、高性價(jià)比、簡(jiǎn)單性以及靈活的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，被廣泛應(yīng)用于車輛電子系統(tǒng)。

作為 CAN 標(biāo)準(zhǔn)的向下兼容擴(kuò)展，CAN XL 協(xié)議（ISO 11898-1:2024）不僅將CAN網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸速率提升至最高20 Mbit/s，還保留了CAN協(xié)議固有的仲裁機(jī)制、魯棒性以及對(duì)長(zhǎng)支線的支持。

為了實(shí)現(xiàn)更高的傳輸速率，CAN XL 在物理層對(duì)總線信號(hào)進(jìn)行了優(yōu)化——從傳統(tǒng)的顯性/隱性總線狀態(tài)轉(zhuǎn)換為L(zhǎng)evel0/Level1信號(hào)狀態(tài)（見(jiàn)下圖）。在低速的仲裁階段，為確保所有連接至總線的 CAN 節(jié)點(diǎn)能夠正常監(jiān)聽(tīng)并報(bào)告狀態(tài)，協(xié)議引入了一個(gè)特殊的位，用于指示即將到來(lái)的高速CAN XL報(bào)文。

在混合網(wǎng)絡(luò)中：

傳統(tǒng) CAN FD 節(jié)點(diǎn)（FD，SIC收發(fā)器）會(huì)忽略此類報(bào)文，直至檢測(cè)到幀結(jié)束（該過(guò)程仍采用低速傳輸）。

在純CAN XL網(wǎng)絡(luò)中：

CAN SIC XL 收發(fā)器收到來(lái)自控制器的PWM調(diào)制信號(hào)（在TXD信號(hào)線上），會(huì)切換至高速模式，并根據(jù)總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以最高20 Mbit/s的速率傳輸數(shù)據(jù)，支持的有效載荷長(zhǎng)度最高可達(dá)2048字節(jié)。

這一改進(jìn)使 CAN XL 在提供更高帶寬的同時(shí)，仍然保持了 CAN 生態(tài)系統(tǒng)的核心優(yōu)勢(shì)。

作為CAN 協(xié)議演進(jìn)的重要推動(dòng)者，博世深度參與了從CAN到CAN FD，再到CAN XL的技術(shù)開(kāi)發(fā)與標(biāo)準(zhǔn)制定。

下圖展示了在不同CAN XL 數(shù)據(jù)段比特率下，凈比特率（有效信息傳輸速率）的變化趨勢(shì)。以及隨著有效載荷大小的增加，傳輸效率顯著提升。同時(shí)，圖中還對(duì)比了傳統(tǒng) CAN、CAN FD 以及 10M 以太網(wǎng)，展現(xiàn)了CAN XL在提升傳輸速率和效率方面的優(yōu)勢(shì)。

對(duì)比 - 凈比特率與有效載荷大小的關(guān)系

02標(biāo)準(zhǔn)化CAN XL收發(fā)器

CAN XL 具有出色的兼容性，可支持CAN FD，CAN XL以及Ethernet數(shù)據(jù)類型， 并和多種收發(fā)器兼容，包括：

SIC XL（20 Mbit/s）

SIC（8 Mbit/s）

FD（2 Mbit/s）

HS-CAN（1 Mbit/s）

CAN 協(xié)議和CAN收發(fā)器的歷史演進(jìn)

為了最大化CAN XL的傳輸速率，博世全新開(kāi)發(fā)了CAN SIC XL 收發(fā)器 NT156——一款符合ISO 11898-2:2024標(biāo)準(zhǔn)的獨(dú)立 CAN SIC XL 收發(fā)器。

NT156是一款雙向收發(fā)器，專為連接CAN XL 控制器而設(shè)計(jì)，負(fù)責(zé)信號(hào)調(diào)節(jié)與處理。它可使用非屏蔽雙絞線，支持最高20 Mbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率。

此外，CAN XL數(shù)據(jù)載荷可達(dá)2048 字節(jié)，不僅能夠承載更高層協(xié)議的數(shù)據(jù)，例如IP（Internet Protocol），甚至可實(shí)現(xiàn)完整以太網(wǎng)幀的隧道傳輸。

03豐富的IC產(chǎn)品開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)

博世公司自1970年開(kāi)始生產(chǎn)半導(dǎo)體產(chǎn)品，迄今已有逾100個(gè)品類的車規(guī)級(jí)IC芯片實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。接口芯片領(lǐng)域，博世已量產(chǎn)CAN收發(fā)器，PSI5收發(fā)器，LIN模塊等多款產(chǎn)品。

作為汽車車載通信的全新技術(shù)，博世 CAN SIC XL 在大幅提升車內(nèi)通信傳輸速率的同時(shí)，盡可能的降低了系統(tǒng)迭代帶來(lái)的成本。

在2024年11月德國(guó)慕尼黑電子展上，CAN SIC XL 收發(fā)器芯片NT156迎來(lái)了全球首次公開(kāi)亮相。

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