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System Basis Chips – Eine Einführung in SBCs für CAN, CAN FD und LIN

| Autor / Redakteur: Russell Crane* / Benjamin Kirchbeck

Für Designer im Automotive-Bereich bedeuten der hohe Integrationsgrad und die gesteigerte Zuverlässigkeit, dass sie leichtere und kostengünstigere Designs realisieren können (Symbolbild).
Für Designer im Automotive-Bereich bedeuten der hohe Integrationsgrad und die gesteigerte Zuverlässigkeit, dass sie leichtere und kostengünstigere Designs realisieren können (Symbolbild). (Bild: TI)

Was versteht man unter einem System Basis Chip (SBC)? Einen kompakten Einblick liefert Russell Crane in seinem Gastbeitrag.

System Basis Chips (SBCs) sind einfach integrierte Schaltungen, die Transceiver für CAN (Controller Area Network) oder LIN (Local Interconnect Network) mit einem internen oder externen „Stromversorgungs-Element“ kombinieren. Bei diesem Stromversorgungs-Element kann es sich um einen Low-Dropout-Regler (LDO), einen Gleichspannungswandler oder beides handeln. Sobald Designer zusätzliche Ausgangsleistung oder Layout-Optionen benötigen, die nach einer diskreten Lösung aus einem Transceiver und einem diskreten LDO oder Gleichspannungswandler verlangen, sind SBCs eine gute Wahl.

SBCs sind auf dem Markt keineswegs neu, allerdings haben neuere Innovationen hinsichtlich des Integrationsgrads und der Leistungsfähigkeit das Anwendungsspektrum dieser Bauelemente erweitert. Für Designer im Automotive-Bereich bedeuten der hohe Integrationsgrad und die gesteigerte Zuverlässigkeit, dass sie leichtere und kostengünstigere Designs realisieren können. Der Umstieg vom klassischen CAN auf CAN FD (CAN Flexible Data Rate) verlangt nach Lösungen, die die fehlende Verfügbarkeit von Prozessoren mit CAN FD-Controller kompensieren können, während gleichzeitig ein Beitrag zur Bereitstellung von mehr CAN/CAN FD-Bussen geleistet wird.

Bevor weiter in das Thema SBC eingestiegen wird, soll es zunächst um CAN- oder LIN-Transceiver gehen. Wenn Sie sich mit diesen Protokollen auskennen, wissen Sie, dass die entsprechenden Transceiver Ein- und Ausgänge für die jeweiligen Technologien bereithalten. Beim Empfang von Datenpaketen geben die Transceiver die Daten zur Weiterverarbeitung an einen Mikrocontroller oder Mikroprozessor aus. Umgekehrt nehmen sie von diesen Prozessoren Daten entgegen, die sie über den entsprechenden Bus weiterleiten.

Obwohl CAN- und LIN-Transceiver von ihrem Aufbau her recht einfach sind, werden sie von den Anbietern mit immer mehr Features ausgestattet, um einerseits die Absicherung zu verbessern und andererseits die Designkomplexität und den Platzbedarf zu reduzieren und die Kosten zu senken. Zu den gebotenen Features gehört häufig der Schutz vor Busfehlern und elektrostatischen Entladungen, sowie die Fähigkeit zum Senden und Empfangen von Daten mit den Prozessoren über einen Ein/Ausgang mit 1,8 V bis 3,3 V bzw. 5 V (auch als VIO bezeichnet). Obwohl sich in diesem Beitrag auf LDO-basierte SBCs konzentriert wird, gelten die gleichen Konzepte auch für Gleichspannungswandler mit höheren Ausgangsspannungen.

Ein Beispiel für einen SBC ist der TCAN4550-Q1, der einen CAN FD-Controller und einen CAN FD-Transceiver in einem Gehäuse vereint. Für die Kommunikation mit Mikrocontrollern und Mikroprozessoren nutzt der Baustein das Serial Peripheral Interface, das in den meisten Prozessorlösungen sehr verbreitet ist und es möglich macht, nahezu jedes Design durch die fortschrittliche Funktionalität von CAN FD zu ergänzen. Das vereinfachte Blockschaltbild des Bausteins in Bild 1 zeigt, wie die Anbindung an einen Mikroprozessor erfolgt.

Bild 1: Blockschaltbild des TCAN4550-Q1 mit den Verbindungen zum Prozessor und zu externen Bauelementen.
Bild 1: Blockschaltbild des TCAN4550-Q1 mit den Verbindungen zum Prozessor und zu externen Bauelementen. (Bild: TI)

Darüber hinaus bietet der TCAN4550-Q1 weitere Features wie etwa Unterstützung für VIO mit 1,8 V, 3,3 V und 5 V, Wake, Inhibit und einen Timeout-Watchdog, mit dem sich Prozessorfunktionen realisieren lassen, die normalerweise nicht verfügbar sind. Bild 2 stellt den LDO-Teil des SBC in den Mittelpunkt. Der LDO liefert bis zu 125 mA, wovon etwa 50 mA zur Versorgung des CAN FD-Transceivers dienen, während bis zu 70 mA verbleiben, um den eingebetteten Mikrocontroller oder andere Bauelemente mit ausreichend Strom zu versorgen.

Bild 2: Blockschaltbild des TCAN4550-Q1 mit dem integrierten LDO.
Bild 2: Blockschaltbild des TCAN4550-Q1 mit dem integrierten LDO. (Bild: TI)

CAN- und LIN-SBCs werden weiterhin wichtige Features integrieren, um zusätzliche Funktionen zu ermöglichen, die in der Vergangenheit zahlreiche diskrete Bauelemente erfordert hätten. Zu diesen Features können weitere LDOs, Gleichspannungswandler für mehr Ausgangsstrom, High-Side-Schalter für Ein- und Ausschaltfunktionen des Prozessors sowie Unterstützung mehrerer Protokolle gehören. TI hat aus seinem Standardangebot an CAN- und LIN-Transceivern heraus CAN- und LIN-SBCs entwickelt. Der LIN-SBC TLIN1441-Q1 enthält zudem viele der oben erwähnten Features sowie einen 125-mA-LDO.

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* Russell Crane ist als Product Marketing Engineer im Bereich Interface Products für Texas Instruments tätig.

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