本文介紹了CAN收發器在CAN匯流排系統中的重要作用，特別是其故障檢測功能對於確保系統正常運行的重要性。文章首先概述了CAN收發器的基本故障檢測功能，包括匯流排監測、錯誤檢測機制、錯誤計數機制和錯誤狀態管理。這些功能能夠及時發現和糾正匯流排上的錯誤，防止資料丟失和通信故障。其次，文章詳細介紹了一些高級CAN收發器的本地故障檢測功能，如過熱保護、欠壓保護和過壓保護等，以及NXP TJA1443收發器的特定功能，如TXD顯性超時故障、TXD與RXD短路、匯流排顯性故障和超溫警告等。這些高級功能可以進一步提高系統的可靠性和穩定性。最後，文章還提到了在硬體設計時需要注意的一些問題，以避免不必要的故障檢測觸發。
一、故障檢測功能
在現代車輛通信網路中，CAN匯流排系統扮演著樞紐的角色，而CAN收發器則是確保資料高效傳輸的關鍵設備。除了基本的資料收發功能，部分先進的CAN收發器還具備故障檢測能力，這對於維護系統穩定性和防止通信故障至關重要。它們能夠即時偵測並糾正匯流排上的異常，有效避免資料丟失和通信中斷。
故障檢測功能的實現主要依賴於以下幾個方面的機制：
1.1、匯流排狀態監控
CAN收發器通過監測匯流排電平，利用回環機制檢測信號，以此來發現通信中斷或信號干擾等問題。
1.2、資料傳輸錯誤偵測
在資料的接收和發送過程中，CAN控制器會執行多種錯誤檢測，包括位元填充、框架格式、CRC校驗和ACK確認等，以識別和處理各類傳輸錯誤。
1.3、錯誤計數與回應
CAN收發器會記錄檢測到的錯誤數量，並根據錯誤類型和頻次，採取相應措施，如重發資料、調整通信速度或切換到錯誤狀態。
1.4、錯誤狀態管理
根據錯誤的嚴重程度和持續時間，CAN收發器會管理錯誤狀態，並在必要時切斷匯流排上的資料傳輸，以防止系統進一步受損。
二、本地故障檢測功能
除了上述基礎故障檢測功能，高級CAN收發器還增加了本地故障檢測，如過熱保護、欠壓保護和過壓保護等，以提升系統的可靠性和穩定性。例如，NXP TJA1443能夠偵測四種不同的本地故障，並在必要時禁用發射器以確保安全。
具體的本地故障檢測功能包括：
2.1、TXD 顯性超時故障
在硬體或軟體層面，如果TXD持續保持低電平狀態，將導致匯流排線路進入持久的顯性狀態，進而阻斷所有網路通信。NXP TJA1443搭載的TXD dominant time-out功能能夠有效預防這一阻塞。當TXD引腳長時間保持低電平，超出預設的Tto(dom)TXD時長，發射器將自動停用，並將匯流排釋放至隱性狀態，解除匯流排阻塞。
一旦TXD引腳恢復高電平，TXD顯性超時計時器將重置，本地故障標誌清除，發射器也隨之恢復正常工作。
在硬體設計時需特別注意，若主控默認電平為低電平，並通過GPIO控制CAN收發器的STB引腳，而所選用的CAN收發器STB引腳為低電平使能時。
開發板上電後默認的低電平將直接啟用CAN收發器。此時，主控的TXD低電平會觸發TXD顯性超時計時器開始計時，一旦超時，RXD將釋放，匯流排上將出現錯誤幀。為避免這種不受控的情況，建議在TXD引腳硬體上進行上拉處理，以防觸發TXD dominant time-out功能。
2.2、TXD 與 RXD 短路
RXD與TXD引腳之間的短路會鎖定匯流排在永久顯性狀態，阻斷網路通信。由於RXD的低側驅動器通常比連接至TXD的控制器的高端驅動器更強，一旦RXD被驅動至顯性狀態，TXD-to-RXD短路檢測功能將通過停用發射器來防止網路鎖定。發射器將保持停用狀態，直至本地故障標誌被清除。
2.3、匯流排顯性故障
CAN匯流排的短路（至VBAT、VCC或GND）或其他網路節點的故障可能會導致匯流排上的差分電壓升高，足以表明匯流排處於顯性狀態。由於節點在匯流排顯性狀態時不會開始傳輸，主控制器無法檢測到此類故障。然而，匯流排的優勢位元檢測能夠識別短路，如果匯流排顯性狀態持續時間超過Tto(dom)BUS，則會設置本地故障標誌。通過檢查該標誌，控制器能夠判斷是否有固定的匯流排阻塞了網路通信，無需進入隱性狀態即可關閉發射器。一旦匯流排恢復正常，本地故障標誌也會隨之重置。
2.4、超溫警告
當結溫超過Tj(sd)設定值，CAN匯流排驅動將被停用，發射器將維持停用狀態，直到結溫降至Tj(sd)以下，此時本地故障標誌將被清除。
三、參考資料
《NXP TJA1443 DataSheet》
https://www.nxp.com/products/interfaces/can-transceivers/can-with-flexible-data-rate/automotive-can-fd-transceiver-family:TJA144x?linkline=Data%20Sheet&fpsp=1#documentation
《NXP TJA1051 DataSheet》
https://www.nxp.com.cn/docs/en/data-sheet/TJA1051.pdf
常見問答
問題 1：什麼是CAN收發器在CAN總線系統中的關鍵作用？
答案：CAN收發器在CAN總線系統中扮演著確保數據高效傳輸的關鍵角色。除了基本的數據收發功能外，一些先進的CAN收發器還具備故障檢測能力，這對於維護系統穩定性和防止通信故障至關重要。
問題 2：CAN收發器如何實現故障檢測功能？
答案：CAN收發器實現故障檢測功能主要依賴於幾個方面的機制，包括總線狀態監控、數據傳輸錯誤偵測、錯誤計數與響應以及錯誤狀態管理等。
問題 3：高級CAN收發器具有哪些本地故障檢測功能？
答案：高級CAN收發器增加了本地故障檢測功能，如過熱保護、欠壓保護和過壓保護等。例如，NXP TJA1443能夠偵測四種不同的本地故障，並在必要時禁用發射器以確保安全。
問題 4：在硬體設計中需要注意避免哪些不必要的故障檢測觸發？
答案：在硬體設計時需要特別注意，避免主控默認電平和CAN收發器STB引腳的設計不匹配，以及避免RXD與TXD之間的短路，以防止不必要的故障檢測觸發。
問題 5：哪些參考資料可用於進一步瞭解CAN收發器的相關資訊？
答案：進一步瞭解CAN收發器的相關資訊可參考《NXP TJA1443 DataSheet》和《NXP TJA1051 DataSheet》。
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