車用網路系統FlexRay的發展推動與前景

TJA1080A到TJA1082的封裝變化。NXP

首先探討FlexRay的發展歷史。FlexRay網路產品誕生於20世紀90年代末，當時一些汽車製造商意識到現有網路系統，例如CAN，無法滿足未來車載網路(IVN)的需求。這些汽車製造商沒有開發自己的解決方案，而是決定組成一個協會，推動FlexRay通訊系統成為汽車應用領域高速通訊網路的產業標準。基於當時在CAN和LIN收發器領域的主導作用，恩智浦半導體(NXP Semiconductors，原飛利浦半導體)受邀成為FlexRay協會的核心合作夥伴之一，負責帶領開發網路物理層。

制定新的FlexRay標準花費了數年時間，這導致多種過渡版FlexRay技術標準應運而生。恩智浦擔任物理層工作小組的領導工作，並作為協會指導委員會的成員監測協會的工作進展。為讓協會的其他成員能對FlexRay的應用進行系統研究，恩智浦開發了第一個硬體解決方案。這款產品稱為恩智浦FlexRay TJA1080收發器。

2006年底，恩智浦實現重要的里程碑，第一款採用FlexRay網路系列的車型投入量產：寶馬X5，其主動式阻尼控制系統採用恩智浦的TJA1080收發器。因此，FlexRay不再只處於開發階段，同樣也已進入量產階段，並獲得實際應用。

TJA1080的誕生 – FlexRay的推動者

作為世界上第一個採用FlexRay電氣物理層的矽片，恩智浦的TJA 1080證明了FlexRay的強大性能與靈活便捷。這種關鍵設備可提供廣泛的功能組合、卓越的EMC性能以及高效的ESD保護，有助於推動全新的先進通信系統進入目前和未來的車款。TJA1080的主要功能有FlexRay網路中的資料傳輸速度高達10Mbit/s、支援FlexRay節點和有源星型結構功能、ECU低功耗管理、本地和遠端喚醒功能等。

TJA1080投入量產以來，恩智浦從市場回饋和自身量產經驗中獲益良多。這些寶貴的資訊有助於確定新產品的潛在應用、調整產品的規格和功能以實現恩智浦客戶的期望。當然，恩智浦的接發器同樣符合汽車品質和可靠性方面的要求。為實現這一目標，早在設計開發階段就採用卓越設計的方法。

市場回饋表明，TJA1080需要進行一些微調，但這些調整對於一款量產產品而言難以完成，恩智浦因此推出一種全新的型號—TJA1080A。與此同時，FlexRay協會同樣最終制定了一致性測試的首個測試規範。TJA1080A即依照此項規範進行測試，2007年11月，它成為第一款成功通過FlexRay一致性測試並上市的FlexRay收發器。

與其前身TJA1080相比，TJA1080A收發器在諸多方面均有顯著提升：電源復位效果更好、完全符合電氣物理層規範(Electrical-Physical Layer)V2.1 Rev.A、發射器電路經過升級可降低匯流排輻射、增強型接收器電路——更高的射頻抗擾度，確保70ns的最低位時間。

TJA1080A不僅可以作為節點收發器使用，還可作為有源星型耦合器的一個分支。這讓TJA2080A成為已上市FlexRay收發器中功能最多的型號。為進一步推動FlexRay的應用，恩智浦將開發三種全新而且經濟有效的產品，即TJA1082型和TJA1081型節點收發器，以及TJA1085新型有源耦合器。

針對ECU最佳化的基礎型節點收發器

TJA1082彙聚了恩智浦開發TJA1080和TJA1080A獲得的知識和專有技術。TJA1082針對ECU進行最佳化，採用點火鑰匙開關，因而易於使用和設計簡便。由於功能調整，其封裝尺寸和面積相比TJA1080A更小，針腳數量同樣減少使用尺寸僅為4mm*6.4mm的TSSOP14封裝技術。這意味著TJA1082只需和標準高速CAN收發器(比如TJA1050，TJA1040)同樣大小的PCB電路板空間TJA1082完全符合電氣物理層規範(Electrical-Physical Layer)V2.1 Rev.B。

TJA1082支持的最低位時間下降到60ns此外還有一款可在待機模式下啟動的低功耗接收器。除此以外，提供數種保護和診斷模組：欠壓檢測，匯流排錯誤檢測和溫度保護。這些診斷資訊可傳輸到擁有標準SPI介面的微控制器。TJA1082可在正常5伏供電電壓下[箝位元15]工作，並可連接至多種電壓的微控制器。這款產品已於2009年初上市。

TJA1081相容FlexRay EPL 2.1 Rev.A和TJA1080A類似，TJA1081同樣提供錯誤診斷和狀態寄存器讀取功能，這種來自恩智浦的全新設備，作為一款經濟有效的「箝位30」節點收發器，沒有星型結構功能，採用SSOP16封裝。TJA1081可在緊急情況下替代TJA1080A。TJA1081在睡眠和待機模式下的耗電量極低，為提高系統的穩定性，可以支援低達60ns的最低位時間。TJA1081同樣可以通過INH針腳進行ECU低功耗管理。

FlexRay標準支援被動式匯流排拓撲結構、帶有源星型耦合器的拓撲結構以及兩者的組合。FlexRay的最初應用的是和CAN匯流排類似的被動匯流排拓撲。與此同時，帶有源星型耦合器的網路系統開始變得日益重要起來。多功能TJA1080A則用於星型結構的首次部署。然而，為形成一種成本最佳化的量產解決方案，首選一種專用的星型耦合器產品，因此恩智浦的FlexRay產品組合中添加了TJA1085星型耦合器。這種4支路有源星型耦合器將相容FlexRay EPL V3.0規範，提供更強的匯流排錯誤檢測，更快的誤差控制和更全面的喚醒源狀態資訊。目前，市場上還沒有任何一種類似產品能提供這些獨一無二的功能。

儘管許多日本汽車公司都是FlexRay協會成員，日本汽車行業仍然認為設立一個致力於推廣FlexRay應用的國內協會可以提供一定優勢。因此，2004年JASPAR協會正式成立，協會成員主要為Toyata(豐田)，Nissan(日產)和Honda(本田)領導。為能清楚分辨FlexRay和JASPAR應用之間的區別，恩智浦已於2007年加入JASPAR。其最終目標是形成一種為JASPAR應用量身定做，並可完美用於其中的解決方案。恩智浦主動為JASPAR工作組作出貢獻。鑒於日本汽車製造商的重要性，恩智浦在日本設置了各種汽車小組來支援這些客戶。

由於JASPAR的各種措施，日本對收發器制定了一些額外規定。JASPAR正在採取更進一步的措施：收發器的一致性測試規範正在編寫中。恩智浦正計畫推出針對JASPAR標準進行優化的FlexRay收發器。這種產品稱為TJA1083，一旦JASPAR圍繞物理層和收發器的諸多措施做出結論，這一理念最終將會成型。

恩智浦對於FlexRay的持續貢獻

恩智浦是IVN收發器市場的領導者，同時也是FlexRay市場的設計者，經過證明，堪稱是成功的大量供應商。由於其在IVN批量供應中擁有無以倫比的紀錄，恩智浦可以提供完美的供應安全性。為讓客戶在自身產品中進行方便的設計導入，恩智浦提供高度可靠的系統知識和快速客戶支援。對於已上市的FlexRay產品，恩智浦正在提供收發器的類比模型，並向汽車OEM廠商提供網路拓撲結構類比。

恩智浦見證FlexRay市場的快速發展。越來越多的OEM廠商開始採用FlexRay技術，並將FlexRay網路納入汽車。恩智浦的下一代FlexRay物理層產品將把目標鎖定為更加強大的功能，進一步改善EMC和並提高一體化程度，從而最佳化系統成本。(本文作者為恩智浦半導體FlexRay市場行銷經理)