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Game Changer für das Interface-Design

EMV-konforme 3,3-V-CAN-Transceiver für Automotive

29. Januar 2025, 10:00 Uhr | Autorin: Christen Atkinson, Redaktion: Irina Hübner

Die Energieeffizienz von Fahrzeugen lässt sich steigern, indem die Betriebsspannung von Komponenten wie Mikrocontrollern von 5 V auf 3,3 V gesenkt wird. Oft wird nur noch der CAN-Bus mit 5 V betrieben, doch für 3,3 V geeignete CAN-Transceiver könnten eine echte Verbesserung bringen.

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In den derzeit produzierten CAN-Netzwerken (Controller Area Network) für Automotive-Anwendungen arbeiten die einzigen Transceiver, die die EMV-Standards (elektromagnetische Verträglichkeit) erfüllen, jedoch immer noch mit 5 V. Bild 1 zeigt das vereinfachte Blockschaltbild eines 5-V-CAN-Knotens, in dem der CAN-Controller in den Mikrocontroller integriert ist. Bei einem 3,3-V-CAN-Transceiver kann die 3,3-V-Versorgung für Mikrocontroller und Transceiver genutzt werden, sodass weniger Bauelemente benötigt werden und Platz auf der Leiterplatte gespart wird.

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Auf dem Industriemarkt gibt es 3,3-V-CAN-Transceiver bereits seit Jahrzehnten. Ihre Verwendung im Automotive-Bereich bringt jedoch zwei Herausforderungen mit sich, die die Interoperabilität mit den bisherigen 5-V-CAN-Transceivern und die Einhaltung der strikten EMV-Vorschriften betreffen.

3,3-V-CAN-Transceiver müssen uneingeschränkt interoperabel zu den bisher in CAN-Netzwerken verwendeten 5-V-CAN-Transceivern sein. Insbesondere für Tier-1-Zulieferer ist diese Interoperabilität essenziell, da sie meist nicht die Kontrolle über das Design des gesamten CAN-Netzwerks haben und deshalb nicht wissen, ob der von ihnen entwickelte CAN-Bus mit einem 3,3-V- oder 5-V-Transceiver verbunden wird. Abhilfe schafft hierbei einzig die gesicherte Interoperabilität zwischen 3,3 V und 5 V. Vor allem ist es bei vollständiger Interoperabilität zwischen 5-V- und 3,3-V-CAN-Transceivern nicht mehr notwendig, sämtliche am Bus hängenden Knoten auf 3,3 V umzurüsten, sondern es kann beim Design von Subsystemen individuell entschieden werden, ob ein bestimmter CAN-Knoten von einem 3,3-V-Transceiver profitieren würde.

Die 3,3-V-CAN-Familien von TI wurden erfolgreich auf Einhaltung der ISO-Norm 16845-2 geprüft. Der entsprechende Test umfasst ein homogenes, rein aus 3,3-V-Transceivern bestehendes Netzwerk sowie ein heterogenes Netzwerk, in dem vier von insgesamt 16 CAN-Knoten mit 3,3-V-Transceivern bestückt sind, die übrigen zwölf CAN-Knoten dagegen mit einem Mix aus drei weiteren branchenweit akzeptierten 5-V-CAN-Transceivern. Die für Automotive-Anwendungen vorgesehenen 3,3-V-Transceiver TCAN3403-Q1 und TCAN3404-Q1 haben diese Interoperabilitsprüfungen erfolgreich absolviert.

Die EMV-Eigenschaften von CAN-Transceivern werden anhand zweier Parameter bestimmt. Gemessen werden einerseits die von ihnen ausgehenden Störaussendungen und andererseits ihre Beständigkeit gegen Störbeeinflussungen aus dem System. Die Bausteine TCAN3404-Q1 und TCAN3403-Q1 erfüllen die diesbezügliche IEC-Norm 62228-3.

Geringe Störaussendungen stellen im Idealfall sicher, dass im normalen Betrieb die Leistungsfähigkeit anderer, in der Nähe befindlicher Komponenten nicht beeinträchtigt wird. Unter Störbeständigkeit versteht man umgekehrt die Fähigkeit eines Bauteils, auch unter dem Einfluss von Störbeeinflussungen anderer, in der Nähe befindlicher Komponenten fehlerfrei zu funktionieren. Charakterisiert werden die Störaussendungen und die Störbeständigkeit von CAN-Transceivern in der Regel durch unabhängige Prüfinstitutionen.

5-V-CAN-Transceiver wurden populär, weil kommerziell angebotene Bauelemente Einfluss auf das Erstellen der EMV-Standards hatten. Bei den 3,3-V-CAN-Transceivern war es dagegen schwieriger, die bestehenden Standards einzuhalten. Die Tatsache, dass die Bausteine TCAN3404-Q1 und TCAN3403-Q1 die EMV-Tests in homogenen wie in heterogenen Netzwerken bestanden haben, kann ein Game Changer für zukünftige Interface-Designs sein.