汽車架構變化推動CAN總線需求增長

車載網絡正開始從域架構向區域架構遷移，這種方法將使用更少的協議、更少的布線，從而簡化和加速車輛中的通信，并最終降低成本。

隨著自動駕駛技術的發展，預計到2030年，自動駕駛汽車中的ECU單元將增加到120個，傳感器數量達到100個，激勵器數量增至200個。這一趨勢強調了高效、可靠通信網絡在汽車設計中的重要性。

不同車載總線的比較，來源：Analog Devices

車載總線作為汽車領域的通信總線，是指用于車載網絡中底層的車用設備或車用儀表互聯的通信網絡。其實現了車輛內部各個系統的集成和協調工作。傳統車載總線技術種類繁多，目前主要的車載總線類型包括 CAN、LIN、MOST、FlexRay、LVDS、A2B 等，分別在汽車上不同的電子系統進行應用。

傳統汽車線束長達1610米，有近300個連接點，總質量約為35公斤，成本超過1000美元，其復雜的布線占用了大量車內空間，限制了汽車向電子化、智能化方向的發展。改用CAN總線后，線束長度可縮短至200-1000米，質量減輕9-17公斤，大幅簡化了布線，顯著提高了系統的可靠性和實時性。目前市場上80%以上的CAN控制器被用于構建車內網絡系統，顯示了CAN技術在汽車行業中的廣泛應用和重要性。

典型CAN收發器系統應用電路圖

CAN（Controller Area Network）是一種博世公司和英特爾公司共同開發的汽車內數據交換的世界標準串行通信協議。它通過雙絞線連接多個節點，形成一個總線型、串行、廣播式的網絡，能夠簡化電子控制單元（ECU）的設計和安裝，減輕布線重量，降低空間要求。CAN控制器接收并處理數據，傳遞給CAN收發器，后者負責數據的電信號轉換和傳輸。

CAN支持不同速度的網絡協議：低速CAN最高125 Kbps，高速CAN最高1 Mbps，以及CAN FD最高15 Mbps。高速CAN主要用于發動機控制、驅動系統、ABS、ESP、儀表和傳感器，要求快速穩定的信號傳輸；低速CAN應用于車內舒適系統如空調、座椅調節等，對實時性要求較低。CAN FD，作為CAN的升級版，提高了傳輸速率至8Mbps。

CAN總線技術發展歷程，來源：與非研究院整理

CAN總線技術自80年代起便因其高性能、易用性和高可靠性在汽車和工業控制領域得到廣泛應用。隨著技術進步和應用需求的增長，CAN總線面臨著數據量和設備數量激增的挑戰，特別是在汽車電氣化和工業自動化領域。這促使了CAN FD技術的發展，該技術繼承了CAN的核心特性，如物理層和仲裁機制，同時引入了可變通訊速率和更長的數據長度，顯著提高了網絡的數據傳輸能力和效率。

隨著CAN FD標準的推出和國際標準化組織的正式認可，CAN技術的發展進入了一個新的階段。這一階段不僅見證了技術的進步，也反映了行業對高效率、高可靠性通訊協議的不斷追求。CAN總線和CAN FD技術的成功實施，極大地推動了汽車電子系統的發展，提高了車輛的性能和安全性，同時也為工業控制系統提供了一個高效、可靠的通訊解決方案。

車載CAN IC主要應用及特點

車載CAN&LIN收發器的主要應用場景，來源：芯力特

在現代汽車應用中，隨著電氣化和智能化的發展，車內電控單元（ECU）數量可能達到70個以上，涵蓋引擎控制、傳動系統、安全氣囊、ABS、巡航控制、電動助力轉向（EPS）、音響系統、門窗控制以及電池管理等。這些ECU之間的互連對于實現汽車的安全、經濟和便利性至關重要。CAN總線技術，作為實現這些ECU數據傳輸的主要方式，極大地簡化了車內電子系統的布線復雜度和成本，促進了點對點連接向總線式連接的轉變。

CAN總線不僅在汽車控制系統中廣泛應用，還在汽車診斷領域發揮著重要作用，使得ECU能夠快速獲取診斷信息。其多主控（Multi-Master）線性拓撲結構、通過消息標識符實現的尋址機制以及基于消息優先級的沖突檢測和仲裁機制（CSMA/CD+AMP），共同確保了CAN總線的高效和可靠性。CAN總線的這些特點，如廣播式消息傳輸、事件驅動通信、以及消息標識符尋址等，使得在總線上添加節點變得更加靈活。

車載CAN IC主要應用及特點，來源：與非研究院整理

CAN總線在汽車電子領域內的多樣化應用，涉及從基礎的車身控制到高級的駕駛輔助系統等多個方面。CAN總線因其高可靠性、低成本和靈活性，在汽車電子領域得到了廣泛的應用。隨著汽車向電動化、智能化發展，對于CAN總線的依賴預計將繼續增長。

在全球范圍內，CAN技術由于其標準化和開放性，已成為汽車計算機控制系統和嵌入式工業控制局域網的重要標準。隨著技術的不斷發展和應用的不斷擴展，CAN總線和CAN FD技術將繼續在智能交通系統、智能制造等領域發揮其關鍵作用，推動相關行業的技術進步和產業升級。

國產車載CAN IC崛起，能否挑戰NXP壟斷地位？

1987年，Intel和Philips推出了第一款CAN控制器芯片，標志著CAN技術在汽車電子化領域的應用開始商業化。到2019年，中國汽車工業協會統計分析顯示，中國汽車產量達到2572萬輛，國內市場對CAN通訊芯片的需求達到了約30億元人民幣。估算顯示，國內每年需求CAN芯片約12.5億顆，全球需求超過45億顆。LIN芯片年使用量約1億顆，年增長率約為13%，其中CAN/LIN SBC芯片約占總市場的10%。

市場上主要的CAN/LIN芯片供應商包括NXP、德州儀器（TI）、英飛凌、瑞薩、意法半導體和安森美，以及國內的北京君正、芯力特等。其中NXP在全球市場占據壟斷地位，而TI和安森美通過價格策略逐步提升了市占率。

國產CAN/LIN/SBC芯片的研發起步較晚，因為車規等級的芯片研發周期長、難度大、成本高，而且單個芯片售價不高、單個客戶的采購量不大，且客戶眾多而且分布廣泛。該市場的售價已經被國外廠商掌握，因此大多數國內公司更加關注于某一兩款特定芯片，以爭奪細分市場。目前國內通過能實現AEC-Q100能力的公司并不多，所以該類產品留給國內公司的市場空間巨大。隨著2022年車規芯片的大缺貨，目前各大國產廠商紛紛加速進入CAN IC市場進行布局。

包括金升陽、川土微電子、芯力特、北京君正、絡明芯、3PEAK、英飛凌、茂睿芯、Holtek、晶焱科技、信路達等公司通過技術創新和產品優化，提供了一系列支持CAN和CAN FD協議的收發器芯片。這些芯片不僅支持高速數據傳輸，而且具備低功耗、高可靠性、強大的電磁兼容性（EMC）和靜電放電（ESD）保護功能，能夠適應惡劣的汽車應用環境。

盡管市場前景廣闊，但車載網絡領域的技術挑戰仍然存在。如何在保證高數據傳輸速率的同時，進一步提高系統的可靠性和安全性，減少外部干擾，提高電磁兼容性，是廠商們面臨的主要技術難題。此外，隨著5G、物聯網（IoT）等新技術的融合應用，未來車載網絡將更加復雜，對收發器芯片的性能提出了更高的要求。

在汽車電子和智能化快速發展的背景下，國產半導體制造商推出的CAN總線和CAN FD收發器芯片在提升通訊速率、降低功耗、增強電磁兼容性（EMC）和靜電放電（ESD）保護方面競爭激烈。以目前市面上主流的CAN控制器產品——NXP的TJA1055T/3/1J為例，目前各大國產廠商都推出替代的IC產品，有不少在技術參數上都更具優勢，以下為與非研究院整理的部分CAN IC玩家及產品介紹：

1. NXP - TJA1055T/3/1J

NXP的TJA1055T/3/1J是針對低速應用設計的接口控制器，提供差分接收和發送功能，適用于乘用車最高125 kBd。它是TJA1054和TJA1054A的增強版，提供額外的改進，如更好的錯誤處理能力和在異常情況下的單線傳輸模式，確保了更高的通信可靠性。

2. 金升陽 - SCM3425ASA

金升陽的SCM3425ASA是滿足AEC-Q100車規級測試的CAN總線收發器，支持CAN FD。其耐壓能力為-42V～42V，具有出色的電磁干擾（EMI）防護和極低的電磁輻射能量，保證了在惡劣環境下的穩定運行。

3. 川土微電子 - CA-IF1042VS-Q1

川土微電子的CA-IF1042VS-Q1是車規級CAN收發器，獲得德國C&S兼容性認證和AEC-Q100 Grade 1認證。其通過C&S兼容性認證意味著該產品能夠與主流通訊網絡無障礙地互聯互通，為整車系統提供了廣泛的適應性。

4. 芯力特

芯力特在CAN/LIN芯片領域處于領先地位，其產品基于BCD工藝，滿足車載市場和其他新興市場的應用需求。自2018年成功量產國內第一款自主研發CAN總線收發器芯片以來，芯力特已發布二十余款CAN/CAN FD/LIN收發器芯片，累計出貨量超過1億顆，打破了國外的技術壟斷。

5. 北京君正 - Lumissil

北京君正旗下的Lumissil品牌推出了CAN SBC IS32IO1163和LIN SBC IS32IO1028芯片，支持CAN FD并符合多項國際標準。這些芯片集成了LDO及CAN收發器，提供了強大的ESD保護能力和抗電磁輻射能力，適用于各種車載網絡系統。

6. 絡明芯

絡明芯推出的LIN SBC和CAN FD SBC芯片通過AEC-Q100 grade 2認證，為車載網絡提供了穩健可靠的通訊解決方案。這些新的SBC芯片滿足了汽車電子復雜化、智能化需求的不斷增長，提供了更大的價值和更好的通訊實現。

7. 3PEAK - TPT1145Q等系列

3PEAK的TPT1145Q等系列芯片提供高速CAN收發功能，符合ISO11898-2：2016規范，支持高達5Mbps的CAN FD。這些產品具有超低功耗睡眠模式和強大的±10 kV IEC61000-4-2接觸放電保護，確保了高性能和高可靠性。

市場主流CAN IC廠商及產品（部分），來源：與非研究院整理

車載CAN總線的五大發展趨勢

在過去，汽車網絡的運行速度普遍低于100Mbps。然而，隨著汽車開始根據各個區域的輸入做出更為重要的決策，數千兆位的速度將被引入車輛中以實現數據的快速移動。這種變化預示著汽車通信網絡的重大轉型，其中10/100/1000BASE-T1汽車以太網和低速總線（如CAN及其變體）將在很長一段時間內繼續為大多數低速通信提供服務。

由于CAN總線技術的局限性，特別是在最高傳輸速率僅為1Mbps的背景下，對于數據密集型的應用場景，如自動駕駛和多媒體傳輸，這種傳統的通信協議顯得力不從心。為了應對日益增長的數據傳輸需求，行業內部開始發展新的通信協議和技術，包括CAN FD、MOST、LVDS和以太網等，以滿足更高數據傳輸速率的需求。

隨著高檔乘用車車載電子裝置的迅速增加，CAN總線的應用使整車控制系統形成“局部成網、區域互聯”的格局。展望未來，關于下一代CAN通信技術的討論在業界激烈進行中。

在新一代汽車通信網絡中，CAN FD技術被視為一項重要進展。與傳統CAN相比，CAN FD能夠以更高的速度傳輸更多數據，最大數據傳輸速率可達5Mbps，數據有效負荷增加8倍，達到最高支持64字節。這使得CAN FD成為了下一代主流汽車總線系統的有力競爭者。CAN FD的推出，為汽車電子系統提供了更高的通信性能，更好地支持了自動駕駛、高級駕駛輔助系統（ADAS）等數據密集型的應用。

2020年第17屆國際CAN大會上，CiA協會（CAN in Automation）介紹了第三代CAN通信技術CAN XL（CAN Extra Long）。CAN XL的數據場長度提升至最高2048 byte，速率進一步提升至10Mbps甚至20Mbps。這標志著CAN技術在追求更高速率和更大數據處理能力方面邁出了重要一步。

展望未來，車載網絡將會發展成為基于域控制器的混合車載網絡架構。在這種架構下，以太網將成為主干網絡，而傳統的CAN/CAN FD、LIN等將繼續在低容量通訊場景下使用。這種混合網絡架構，旨在滿足高速數據通信的同時，保持系統的靈活性和成本效益。與非研究院認為，未來車載CAN總線的發展將呈現五大主要發展趨勢：

1.高數據傳輸速率和大數據處理能力：

CAN FD（Flexible Data-rate）和CAN XL（Extra Long）技術的出現，提供了比傳統CAN更高的數據傳輸速率（高達5Mbps甚至20Mbps）和更大的數據負載能力（最高2048字節），滿足了現代汽車和工業應用中對高速通信和大數據處理的需求。

2.網絡集成與功能融合：

為了提高車內電子模塊的集成度，適應EE架構由分布式向集中式架構演變的趨勢，部分公司已經開始研制功能組合網絡功能的車規級芯片。這些芯片的研制，不僅是技術進步的體現，也是對市場需求快速響應的結果。這些芯片融合了以太網、CAN、LIN等多種通信技術，提高了系統集成性和可靠性。

3.向以太網技術的過渡：

雖然CAN總線技術仍將在很長一段時間內繼續使用，但以太網技術因其更高的帶寬和傳輸距離，正在逐漸成為主干網絡技術。特別是在自動駕駛和高級駕駛輔助系統（ADAS）等數據傳輸密集型應用中，以太網技術顯示出其優越性。

4.安全性和可靠性的提高：

隨著汽車行業的快速發展，對網絡安全和數據保護的需求也日益增加。CAN和CAN FD網絡通過硬件安全模塊和專用軟件進行消息身份驗證，以確保網絡的安全性。對于新興的網絡技術，如汽車以太網，也在積極探索采用MACSEC或IPSEC等方式來提高網絡的安全性。新的CAN技術和融合技術都強調了增強的安全性和錯誤處理能力，以確保數據的安全傳輸和系統的穩定運行。

5.兼容性與互操作性：

新興的CAN技術和融合技術在設計時考慮了與現有系統的兼容性和互操作性，以便于這些新技術能夠平滑過渡到現有的應用中，減少系統升級的復雜性和成本。

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注：本文題圖來自攝圖網、作者自制、媒體公開資料、皆已授權。

審核編輯：劉清