Christen Atkinson
I veicoli sono in continua evoluzione e includono funzionalità sempre più avanzate, concepite per migliorare la sicurezza, il comfort e la praticità. L’aumento di funzionalità richiede un’elettronica più complessa, e in questo contesto l’efficienza energetica assume un’importanza sempre maggiore. L’efficienza energetica consente di aumentare l’autonomia di guida e ridurre i costi operativi, permettendo ai produttori di semiconduttori di abbassare da 5 V a 3,3 V la tensione di alimentazione tipica di un componente elettrico come un microcontrollore (MCU). Allo stato attuale, in molti sistemi automobilistici è necessaria un’unica linea di alimentazione a 5 V per il transceiver CAN (Controller Area Network) da 5 V, mentre tutti gli altri componenti possono utilizzare una linea di alimentazione a 3,3 V o anche inferiore derivata dalla batteria da 12 V, 24 V o 48 V. L’utilizzo di transceiver CAN alimentati a 3,3 V consentirebbe di eliminare la linea a 5 V, facilitando l’interfacciamento diretto con la MCU. Gli unici transceiver disponibili per le reti CAN automobilistiche attualmente in produzione e conformi agli standard di compatibilità elettromagnetica (EMC) richiedono anch’essi un’alimentazione a 5 V. La Figura 1 mostra lo schema a blocchi semplificato di un nodo CAN a 5 V in cui il controller CAN è integrato nella MCU. Con un transceiver CAN a 3,3 V è possibile utilizzare l’alimentazione da 3,3 V sia per la MCU che per il transceiver, riducendo così il costo complessivo della distinta base e lo spazio su scheda.
Figura 1. Semplificazione di un progetto con CAN a 3,3 V
I transceiver CAN da 3,3 V sono presenti sul mercato industriale da decenni. Ma per poterli implementare nel mercato automotive, i progettisti devono affrontare due problematiche: l’interazione con i transceiver CAN a 5 V esistenti e il rispetto dei rigorosi requisiti EMC per il settore automobilistico. In questo articolo verrà spiegato come i transceiver CAN a 3,3 V di TI possano aiutare a superare queste problematiche.
Interoperabilità dei transceiver CAN a 5 V
I transceiver CAN a 5 V sono la soluzione consolidata per le reti CAN, quindi è essenziale che i transceiver CAN a 3,3 V siano completamente interoperabili con le reti e le architetture esistenti. Per i fornitori automobilistici di primo livello l’interoperabilità è particolarmente importante, poiché in genere non dispongono del progetto dell’intera rete CAN. Questi fornitori non possono sapere se la porzione del bus CAN che stanno progettando si collegherà a un transceiver da 3,3 V o 5 V. L’interoperabilità fra 3,3 V e 5 V CAN riduce questo rischio. Se i transceiver CAN a 5 V sono completamente interoperabili con i transceiver a 3,3 V, non è più necessario modificare tutti i nodi del bus di comunicazione per portarli a 3,3 V. I progettisti di sottosistemi hanno la flessibilità di decidere se per un singolo nodo del bus CAN è più vantaggioso un transceiver a 3,3 V.
Figura 2. Interoperabilità tra i transceiver CAN a 3,3 V e 5 V
Le famiglie di CAN a 3,3 V di TI hanno superato con successo i test previsti dalla norma 16845-2 dell’Organizzazione internazionale per la normazione (ISO). I test prevedono una rete omogenea composta da soli transceiver a 3,3 V e una rete eterogenea in cui quattro nodi CAN su 16 sono un transceiver a 3,3 V e i restanti 12 nodi CAN sono una combinazione di altri tre transceiver CAN a 5 V accettati dal settore. I transceiver TCAN3403-Q1 e TCAN3404-Q1 a 3,3 V di TI per applicazioni automotive hanno superato con successo questi test di interoperabilità.
Conformità EMC
Le prestazioni EMC dei transceiver CAN vengono misurate attraverso due parametri: le emissioni prodotte dal dispositivo stesso e l’immunità alle interferenze presenti nel sistema. Il TCAN3404-Q1 e il TCAN3403-Q1 sono conformi alla norma 62228-3 della Commissione Elettrotecnica Internazionale (IEC) relativa alle prestazioni EMC. Le emissioni vengono rilasciate dall’energia elettromagnetica. Idealmente, le basse emissioni assicurano che il normale funzionamento non influisca sulle prestazioni di altri componenti adiacenti. L’immunità è la capacità di un dispositivo di funzionare senza errori in presenza di interferenze, ad esempio le emissioni di altri componenti vicini. I test eseguiti da laboratori di prova di terze parti sono tra i più rigorosi per quanto riguarda le applicazioni automotive e valutano le prestazioni dei transceiver CAN in termini di emissioni e immunità.
I transceiver CAN a 5 V si sono affermati perché i dispositivi disponibili in commercio hanno influenzato la creazione delle norme EMC, mentre i transceiver CAN a 3,3 V hanno faticato a superare i requisiti di conformità delle norme preesistenti. Il TCAN3404-Q1 e il TCAN3403-Q1 hanno permesso di superare questo ostacolo grazie alla capacità di soddisfare i requisiti EMC in una rete sia omogenea che eterogenea.
Conclusioni
TCAN3403-Q1 e TCAN3404-Q1 sono in grado di superare i severi requisiti EMC del settore automotive e sono completamente interoperabili con i transceiver CAN a 5 V. La tensione di alimentazione di 3,3 V si sta affermando come standard per i componenti automobilistici, e i transceiver CAN a 3,3 V offrono ai progettisti la flessibilità di ridurre il numero di alimentatori nel sistema, risparmiando energia e costi.
