汽車安全系統的強制具備與功耗的上升
隨著汽車法規的演進，新出廠的汽車需要強制具備某些安全系統，例如: 日間行車燈DRL (Daytime Running Lamp)，歐盟地區於2011年規定日間行車燈成為標準配備，2012年起擴展到巴士及貨車等商用車輛安裝日間行車燈[1]。台灣則規定於2017年起新出廠的摩托車、2018年起新出廠的小型車，以及2019年起新出廠的大型車需具備日間行車燈[2]。這些安全系統能提升安全性，但同時也會增加功耗。另外，電動車目前是透過充電樁或換電站的方式補充續航能量，在某些沒有市電供應的偏遠地區或不易建設充電樁/換電站的地區，還是可能會讓電動車駕乘者產生續航焦慮。有鑒於以上，在汽車電路設計中如何減少功耗已經是目前以及未來重要的議題。
CAN Transceiver (收發器) 如何讓ECU省電?
Controller Area Network，簡稱CAN或者CAN bus (總線)，是一種功能豐富用於連接ECU (Electronic Control Unit)的多主機串行匯流排標準，現今的汽車ECU數量可能多達100個以上[3]，如果這些ECU能有效的省電，將可節省許多功耗。在ECU裡CAN Transceiver作為連接MCU (Microcontroller)與CAN bus (CANH/CANL)的橋樑，可藉由操作模式的切換來達成省電的效果。以晶焱科技的AZKN9355N為例(可參考Figure 1. 典型應用電路)，在操作模式上(可參考Table 1.)，可利用Standby Mode或Sleep Mode進行省電。
˙ Standby Mode是第一級別的省電模式，在Standby Mode由於INH是High，外部兩顆Power Regulators為正常工作狀態、Vcc & VIO為正常工作狀態，所以MCU還是開啟的狀態，但AZKN9355N的Driver以及High-Speed Receiver都是關閉的，以此降低CAN Transceiver本身的功耗。
˙ Sleep Mode則是第二級別的進階省電模式，在Sleep Mode之下由於INH是High-Z，外部兩顆Power Regulators為關閉 (可選用Enable Pin Floating時為關閉的Power Regulator或外加下拉電阻)、Vcc & VIO可以被關閉，所以MCU可以被關閉，且此模式之下AZKN9355N的Driver以及High-Speed Receiver一樣都是關閉的，由此可知，除了CAN Transceiver本身以外、外部兩顆Power Regulators以及MCU皆可被關閉，以此降低系統級功耗。
除了上述的模式切換來達成省電，AZKN9355N的VIO也支援1.8V~5V的MCU，讓使用者可以靈活選用更省電的MCU。在實際應用方面，與車用客戶的訪談中我們得知有些車廠針對雷達(例如: 艙內毫米波雷達、前/後角毫米波雷達)、一體化顯示方案FIDM (Fully Integrated Display Module)、以及空調控制板…等，皆有提出ECU靜態電流要低於100uA的要求，要使用具有Sleep Mode的CAN Transceiver才能滿足此低功耗的需求。
Figure 1. CAN Transceiver AZKN9355N典型應用電路Table 1. CAN Transceiver AZKN9355N不同操作模式的比較
| Operation Mode |
Driver |
High-Speed Receiver |
Low-Power Receiver (For Remote Wake Up) |
INH Pin |
ICC* (Max) |
IIO* (Max) |
IBAT* (Max) |
| Normal |
ON |
ON |
OFF |
High |
70mA |
350uA |
300uA |
| Standby |
OFF |
OFF |
ON |
High |
2uA |
2uA |
30uA |
| Sleep |
OFF |
OFF |
ON |
High-Z |
2uA |
2uA |
30uA |
*Note: 詳細條件可參閱Datasheet
在研發調試或車輛故障維修時CAN bus免不了會有外露或與施工人員接觸的可能性， 在ESD靜電耐受方面，AZKN9355N的CANH/CANL具有系統級IEC 61000-4-2 ±8kV (Contact)/ ±10kV (Air)的水準。另外，在誤觸電壓(Fault Voltage)防護方面，CANH/CANL具有±42 V的水準，可耐受較高直流電壓短路(例如: 維修時施工人員可能將CANH/CANL誤觸12V電瓶)。Data Rate方面，其具有TX-based SIC (Signal Improvement Capability)，可透過內部電路適當控制總線阻抗匹配，來減少複雜網絡拓樸下可能造成的訊號反射現象，Data Rate可從一般的CAN FD 5Mbps提高至8Mbps。(規格可參考Table 2.)
Table 2. CAN Transceiver AZKN9355N規格
| AEC-Q100 |
Package |
Vcc |
VIO |
IEC 61000-4-2 ESD Contact/Air |
Fault Voltage (CANH/L) |
Max Data Rate |
Signal Improvement Capability |
|
|
AMC AZKN9355N (Preliminary) |
YES |
DFN14 |
4.5V ~ 5.5V |
1.7V ~ 5.5V |
±8kV/±10kV (CANH/L) |
±42V |
CAN FD 8Mbps |
YES |
如上所述，因應汽車法規的演進，越來越多的汽車安全系統需要出廠就強制具備，進而導致功耗的上升，如何減少功耗已經是目前以及未來重要的議題，有鑑於此，晶焱科技能提供同時具備優秀省電 (具有Standby Mode & Sleep Mode兩種省電模式)、高可靠(具有總線系統級IEC靜電和直流誤觸電壓防護)以及高速(8Mbps)的SIC CAN Transceiver AZKN9355N，若有相關需求，歡迎您的洽詢。
Reference:
[1] https://ec.europa.eu/commission/presscorner/detail/en/ip_11_133
[2] https://168.motc.gov.tw/theme/news/post/1906121101839
[3] https://saiyo.boschjapan-brandtopics.jp/mid-career/en/pickup/technical-content07.html