ISO 11898-2 结构:高速 PMA 子层

定义

ISO 11898-2(Road vehicles — CAN — Part 2: High-speed physical medium attachment (PMA) sublayer)规定 CAN 高速物理介质连接(PMA)子层的电气要求:一个 HS-PMA 由一台发射器与一个接收实体构成,通过 CAN_H/CAN_L 双线向 PMD 子层(双绞线)驱动差分电压,并向 PCS 子层提供由 TXD / RXD / GND 组成的 AUI(标准 3.16、3.2、5.1 节)。它是收发器芯片设计的权威参数来源,与规定数据链路层+物理编码子层(PCS)的 ISO 11898-1 配套构成 CAN 的标准体系。

现行版 ISO 11898-2:2024 同时规定全部 CAN HS-PMA 选项:经典 HS、CAN FD(带低功耗/选择性唤醒)、CAN SIC(signal improvement capability = 抑制 MDI 振铃的能力,3.21) 与 CAN SIC XL(FAST 模式,Annex A)。其前身之一是 CiA 601-4(2023 年撤回、内容并入 ISO),建议配合 CiA 140 勘误阅读以规避标准中的已知图文错误。

关键参数

版本演进

版本	状态	内容
ISO 11898-2:2016	已撤回	首次将 CAN FD 收发器纳入 ISO;合并原 ISO 11898-5(低功耗)与 -6(选择性唤醒);ISO 16845-2:2018 一致性测试针对此版
ISO 11898-2:2024	现行	新增 CAN SIC 与 CAN SIC XL(FAST 模式);参数集 A/B/C、振铃抑制、SIC 时序/阻抗条款
ISO 11898-2:2026	官网现行显示	ISO 官网现已显示 2026 版,2024 版为 CiA 文档所引用的参考版

参数集 A/B/C 与位速率

参数集 A = 旧版表 13(位速率 >1 Mbit/s 至 2 Mbit/s);参数集 B = 旧版表 14(>2 Mbit/s 至 5 Mbit/s);参数集 C 为本版新引入(SIC 权威参数)。数据信号时序见参数速查页表 15/16/17,环回延迟见表 14。

参数	符号	参数集 A	参数集 B	参数集 C
适用位速率	—	>1~2 Mbit/s	>2~5 Mbit/s	≤8 Mbit/s(SIC)
环回延迟	tLoop	≤255 ns	≤255 ns	≤190 ns
发送隐性位宽变化	t△Bit(Bus)	未提取数值(详见原文)	-45~+10 ns	-10~+10 ns
接收隐性位宽变化	t△Bit(RXD)	未提取数值(详见原文)	-80~+20 ns	-30~+20 ns
接收时序对称性	t△Rec	未提取数值(详见原文)	-45~+15 ns	-20~+15 ns
TXD→总线传播延迟	tprop(TXD_BUS)	仅限环回延迟	仅限环回延迟	≤80 ns
总线→RXD 传播延迟	tprop(BUS_RXD)	仅限环回延迟	仅限环回延迟	≤110 ns

来源:参数速查页表 14(5.4.3 节)、表 15/16/17。注:参数集 A 对应表 15 在站内全文页中未提取出数值行,以官方正式版本为准。

显性/隐性电平与接收阈值(HS-PMA 基线)

参数	符号	最小 [V]	典型 [V]	最大 [V]	条件
显性 CAN_H 单端电压	VCAN_H	+2,75	+3,5	+4,5	RL=50Ω 至 65Ω
显性 CAN_L 单端电压	VCAN_L	+0,5	+1,5	+2,25	RL=50Ω 至 65Ω
正常总线负载差分电压	VDiff	+1,5	+2,0	+3,0	RL=50Ω 至 65Ω
仲裁期间有效电阻差分电压	VDiff	+1,5	未定义	+5,0	RL=2240Ω(32 节点同时显性)
隐性差分输出电压	VDiff	-0,5	0	+0,05	偏置激活(表 3)
隐性单端输出(偏置激活)	VCAN_H/L	+2,0	+2,5	+3,0	RL>1010Ω(表 3)
接收:隐性态差分输入范围	VDiff	-3,0	—	+0,5	-12V≤VCAN≤+12V(表 7)
接收:显性态差分输入范围	VDiff	+0,9	—	+8,0	同上(表 7)

来源:参数速查页表 3(5.3.2)、表 5(5.3.4)、表 7(5.3.6)。表 5 注:最大 R 按 70Ω 假设,2240Ω 对应 32 节点网络(2240Ω/70Ω=32),即最多 32 个节点同时发送显性时单节点驱动负载变小的情况。

SIC 模式核心参数(表 18 与表 A.12)

参数	符号	最小	最大	来源
差分内部电阻(显性→隐性转换后)	RDIFF_act_rec	75Ω	133Ω	表 18
可选:单端内部电阻	RSE_SIC_act_rec	37,5Ω	66,5Ω	表 18
主动信号改善阶段开始时间	tact_rec_start	n.a.	120 ns	表 18
主动信号改善阶段结束时间	tact_rec_end	355 ns	n.a.	表 18
被动隐性阶段开始时间	tpas_rec_start	n.a.	530 ns	表 18
信号改善时间(表 A.12)	tsic	+300 ns	+530 ns	表 A.12

工作原理/机制

ISO 11898-2 在物理层分层中的位置

graph TD
    PCS["PCS 物理编码子层<br/>ISO 11898-1:位编码/解码与同步(3.15)"]
    AUI["AUI 连接单元接口<br/>TXD / RXD / GND(3.2)"]
    PMA["PMA 物理介质连接子层<br/>ISO 11898-2:本文档<br/>电信号 ↔ 逻辑信号(3.16)"]
    MDI["MDI 介质相关接口<br/>CAN_H / CAN_L(3.11)"]
    PMD["PMD 物理介质相关子层<br/>双绞线线缆<br/>(不在 11898-2 范围内)"]
    PCS -->|"TXD/RXD"| AUI
    AUI --> PMA
    PMA -->|"VCAN_H/VCAN_L"| MDI
    MDI --> PMD

HS-PMA 的职责(5.1 节):偏置所连接的双绞线介质(相对公共地);发射器驱动 CAN_H 与 CAN_L 之间的差分电压表示逻辑 0(显性),或不驱动差分电压表示逻辑 1(隐性)。SIC 能力(3.21)即”抑制 MDI 上振铃的能力”,按参数集 C(表 14 与表 17)规定。

HS-PMA 各选项与演进

flowchart LR
    C["经典 HS<br/>≤1 Mbit/s<br/>ISO 11898-2 早期版本"] --> FD["CAN FD<br/>带低功耗/选择性唤醒<br/>ISO 11898-2:2016"]
    FD --> SIC["CAN SIC<br/>参数集 C<br/>ISO 11898-2:2024"]
    SIC --> XL["CAN SIC XL<br/>FAST 模式(Annex A)<br/>CAN XL 兼容"]
    SIC -->|"混用"| FD

经典 HS 支撑 ≤1 Mbit/s;CAN FD 以更严格的延迟对称性支撑 >1 Mbit/s 数据相位;SIC 增加振铃抑制、受控沿整形与更紧的时序对称性,支撑 5 Mbit/s(器件可至 8 Mbit/s)与更大拓扑;SIC XL(Annex A/FAST 模式)面向 CAN XL 网络。
SIC 收发器与 CAN FD、HS-CAN 收发器可同总线混用(混用互操作性,详见SLLA581 白皮书)。

参数集与工作模式组合

flowchart TD
    ISO["ISO 11898-2:2024"] --> A["参数集 A<br/>>1~2 Mbit/s"]
    ISO --> B["参数集 B<br/>>2~5 Mbit/s"]
    ISO --> C["参数集 C<br/>SIC 权威参数<br/>≤8 Mbit/s"]
    ISO --> ANNEX["Annex A<br/>FAST 模式<br/>CAN XL 兼容"]
    C --> ANNEX

工作模式组合(参数速查页表 A.1,Annex A 规范性):

工作模式	电压偏置状态	发送器状态	接收器状态
SIC 模式	电压偏置激活	显性或隐性	显性或隐性
FAST TX 模式	电压偏置激活	level_0 或 level_1	level_0 或 level_1
FAST RX 模式	电压偏置激活	被动隐性	level_0 或 level_1

FAST 模式把 NRZ 位流经 PWM 编码/解码(PWME/PWMD,3.17/3.18)传输:FAST TX 驱动电平 level_0/level_1(不可互相覆盖),FAST RX 调整接收阈值区分两种电平;SIC 模式仍按显性/隐性仲裁。模式预选时序(表 A.15):PWM 符号接受长度 tsymbolNom 45~~205 ns,FAST→SIC 切换 tFastToSIC 210~~245 ns。

对收发器设计的意义

这是 SIC 收发器设计的”金标准”:共模/差分输出、上升/下降沿整形、SIC 阻抗切换窗口(tact_rec_start ≤120 ns、tact_rec_end ≥355 ns、tpas_rec_start ≤530 ns)、环回延迟(≤190 ns)与 EMC 特性全部由此标准定义,流片后的一致性认证也以它为准绳。
按”经典 HS → CAN FD → CAN SIC → SIC XL”顺序理解演进:先满足表 5 显性输出与表 12 驱动对称性(Vsym_vcc、Vsym_vrec 均为 +0,9/+1,0/+1,1),再落实表 18 的 SIC 三态阻抗与窗口,最后按 Annex A 增加 FAST 模式电平(表 A.4:level_0/level_1 差分电压 ±0,60~±1,50 V)与 PWM 解码逻辑。
设计落地对照:NXP TJA1463 数据手册把 ISO 参数与厂商参数做了逐条交叉引用(如 ISO RDIFF_act_rec ↔ NXP Ri(dif)actrec 75~~125Ω、tact_rec_start ↔ td(TXD-busactrec)start 70~~120 ns),是”标准参数 → 芯片规格”映射的现成教材;设计要点详见SIC 设计专题·设计篇。
对控制器(嵌入式):BRS 数据相位的相位裕度与位不对称直接受 11898-2 参数集约束——理解”为什么 5 Mbit/s 需要 SIC 收发器”,是配置采样点与 TDC 的前提(见收发器延迟补偿(TDC/SSP))。

常见误区

误区一:“ISO 11898-2 有独立的回波损耗数值表” —— 本版全文未给出独立的”回波损耗”参数表;相关要求通过接收输入电阻(表 9/10:RDIFF_pas_rec 12~~100 kΩ、mR ±0,03)、SIC 阻抗(表 18:RDIFF_act_rec 75~~133Ω)与驱动对称性(表 12)体现,详见回波损耗与 EMC。
误区二:参数集 A 的数值可直接查到 —— 参数速查页明确标注表 15(参数集 A)在站内全文未提取出数值行,引用时以官方正式版本为准。
误区三:FAST 模式仍是显性/隐性电平 —— FAST TX 模式使用 level_0/level_1 电平(表 A.4),二者不可互相覆盖,不再是”显性覆盖隐性”的仲裁语义;SIC 模式才保留显性/隐性仲裁。
误区四:CiA 601-4 仍有效 —— CiA 601-4(2019,SIC 原始规范)已于 2023 年撤回、内容并入 ISO 11898-2:2024;2024 前发布的 SIC 器件按 CiA 601-4 合规,新设计按 ISO 11898-2:2024。

参见

标准规范(内容来源):ISO 11898-2:2024 关键参数速查、ISO 11898-2:2024 全文、ISO 11898-2 (2024) 条目、CiA 140(勘误)
词条:ISO 11898-2、CAN SIC、收发器、显性/隐性电平、共模范围
教程:SIC 是什么:CAN FD 收发器的信号改善能力、收发器传播延迟对称性
相邻子域:振铃抑制:SIC 核心能力、回波损耗与 EMC、SIC 设计专题·原理篇、SIC 设计专题·设计篇