Sie sind hier: HomeThemenSmart ComponentsSonstige

System-Basis-Chip von Texas Instruments: Aufrüsten auf CAN FD? Kein Problem!

Mit dem neuen System-Basis-Chip (SBC) von Texas Instruments (TI) müssen Entwickler bei der Nachrüstung von CAN FD den Mikrocontroller nicht wechseln. Damit lassen sich, so Wes Ray, System Manager für Interface-Produkte bei TI, die Entwicklungszeit verkürzen und die Time to Market beschleunigen.

Bild: Texas Instruments Bildquelle: © Bild: Texas Instruments

Der neue SCB von Texas Instruments ermöglicht ein schnelles und einfaches Upgrade auf CAN FD.

Der Einsatz von CAN FD bietet den Vorteil, dass die maximale Datenrate auf 5 Mbit/s steigt und Nutzdaten bis zu 64 Byte möglich sind. CAN FD ist allerdings nur bedingt kompatibel zum klassischen CAN. Ray konkretisiert: »Mit CAN FD sind zwar keine neuen Steckverbinder oder Kabel notwendig, aber ein aktualisierter Prozessor mit CAN-FD-Controller und zugehörigem CAN-FD-Transceiver.« Außerdem besteht das Pro­blem, dass ein Netz mit CAN- und CAN-FD-Knoten nur im CAN-Modus laufen kann; nur Netze, in denen alle Knoten CAN-FD-fähig sind, können auch die hohe Datenrate nutzen.

Diese Tatsachen erschweren den Übergang, und das, obwohl die OEMs durchaus an höheren Datenraten interessiert sind. Ray verweist noch auf ein weiteres Problem: Die bislang diskreten Aufbauten mit mehreren Chips erhöhen die Kosten und den Platzbedarf auf der Leiterplatte.

Diese Probleme geht Texas Instruments jetzt mit seinem monolithisch integrierten SBC mit der Bezeichnung „TCAN4550-Q1“ an. Ray betont: »Unser SBC nutzt das SPI-Interface, das in fast allen Mikrocontrollern integriert ist, sodass sich mit minimalen Änderungen an der Hardware entweder ein CAN-FD-Interface implementieren oder die Zahl der CAN-FD-Ports im System erhöhen lässt.« Konkret heißt das einerseits, dass ein bestehender CAN-Knoten mithilfe des SBC CAN-FD-fähig gemacht werden kann, ohne dass der genutzte Controller mit CAN ersetzt werden muss – einzige Voraussetzung: der Controller mit CAN muss über eine SPI-Schnittstelle verfügen. Andererseits ist es aber auch möglich, eine Low-Cost-MCU ganz ohne CAN mit dem SBC zu ergänzen und somit einen CAN-FD-Knoten zu realisieren. Und es ist eben möglich, ein Design mit MCU und einem CAN-FD-Port mithilfe der SBCs auf zwei Ports zu erweitern.

Texas Instruments Bildquelle: © Texas Instruments

Wes Ray, Texas Instruments, sagt: »Unser Baustein vereinfacht das Design, beschleunigt die Time to Market und spart im Vergleich zu einem diskreten Ansatz mit mindestens vier Bausteinen 50 Prozent Platz auf der Leiterplatte.«

Der CAN-FD-Controller TCAN4550-Q1 verfügt über einen integrierten CAN-FD-Transceiver, der Datenraten von bis zu 5 MBit/s unterstützt. Der CAN-FD-Controller erfüllt die Spezifikationen gemäß ISO 11898-1:2015 für die Datenverbindungsschicht und die Anforderungen des Physical Layers gemäß ISO 11898-2 (2016). Der integrierte Transceiver kann differenzielle Signale auf den Bus senden und vom Bus empfangen. Der TCAN4550-Q1 ist nach AEC-Q100-qualifiziert. Er unterstützt sowohl das klassische CAN als auch CAN FD. Ray: »Mit einem einzigen Bit wird zwischen den verschiedenen Protokollen und Geschwindigkeiten hin- und hergeschaltet.«

»Der SBC ist in einem kleinen Gehäuse, einem 4,5 × 3,5 mm2 großen QFN-Package mit 20 Anschlüssen, untergebracht«, erklärt Ray weiter. Also keine Platzprobleme mehr, wobei noch anzumerken ist, dass trotz der geringen Größe in die SBCs noch ein Watchdog-Timer und ein 70-mA-LDO integriert sind, sodass die eigene Stromversorgung gesichert ist, aber auch externe Komponenten wie Sensoren versorgt werden können. Ergo fällt auch das Stromversorgungs-Design einfach aus. Der Baustein ist mit mehreren Failsafe-Modi ausgestattet und unterstützt 3,3- und 5-V-I/Os. Ray: »Mit unseren Bausteinen können beispielsweise alle Aktivitäten auf dem Bus gestoppt werden. Die ECU wird nach vier Minuten, wenn nichts passiert, in den Sleep-Modus versetzt, aus dem sie auch nicht erwacht, bevor das Auto wieder gestartet wird.«

Sobald das der Fall ist, startet auch der Baustein wieder, und wenn er merkt, dass die ECU nicht funktioniert, schaltet er sie wieder ab und gibt einen Alarm. Damit wird das Problem gelöst, dass beispielsweise eine funktionsuntüchtige Steuereinheit (ECU) einen CAN-Transceiver nicht mehr in den Sleep-Modus versetzen kann und dann nach längerem Parken die Batterie leer ist. Darüber hinaus bietet der SBC Wake- und Inhibit-Funktionen, die im Standby-Modus den System-Stromverbrauch senken.

Der Baustein ist außerdem für eine maximale Datenrate von 8 Mbit/s ausgelegt, also für eine deutlich größere Datenrate als die, die das CAN-FD-Protokoll (5 Mbit/s) festlegt. Ray: »Damit ermöglicht der neue SBC nicht nur eine schnellere Diagnose, sondern auch eine zügigere Programmierung der Automotive-Software während der Fahrzeugmontage. Waren früher bis zu 45 Minuten notwendig, reichen mit unseren SBCs 5 Minuten für die End-of-Line-Programmierung.«

Der neue Baustein, den es auch als Nicht-Automotive-Variante gibt, ergänzt das Portfolio an SBCs von TI, in denen neben der Stromversorgung nicht nur Transceiver für CAN FD integriert sind, sondern es gibt auch Versionen mit CAN und LIN. Darüber hinaus bietet das Unternehmen aber auch diverse Automotive-CAN-Transceiver, LIN-Transceiver sowie 3,3- und 5-V-CAN-Transceiver an.

Zum einfachen Evaluieren des TCAN4550-Q1 und seiner Unterstützung für das CAN-FD-Protokoll gibt es das TCAN4550-Q1 Evaluation Module. Als Starthilfe für größenoptimierte KFZ-Radarmodule wiederum steht ein spezielles Referenzdesign (Automotive RFCMOS 77GHz radar module reference design with object data output over dual CAN FD) zur Verfügung.