Плата CAN-трансивера: Ядро, обеспечивающее безопасность и надежность автомобильных коммуникационных сетей

technology19 октября 2025 г. 15 мин чтения

Плата CAN-трансивераПлата для платунингаПлата для электромобилейПлата для 48В системыПлата силового модуля электромобиляПлата сетевого коммутатора

В высокосложной электронно-электрической (E/E) архитектуре современных транспортных средств бесчисленные электронные блоки управления (ЭБУ) требуют надежного обмена данными в реальном времени для обеспечения функций, начиная от управления трансмиссией и заканчивая передовыми системами помощи водителю (ADAS). Выступая в качестве основы физического уровня для всего этого, плата CAN-трансивера играет незаменимую роль. Она является не только мостом, соединяющим мир цифровой логики с физическими сигналами шины, но и критически важным краеугольным камнем, обеспечивающим стабильность, безопасность и надежность всей коммуникационной сети автомобиля. Любой недосмотр в этом аспекте может привести к прерываниям связи, функциональным сбоям или даже серьезным инцидентам безопасности.

Как сертифицированный по IATF 16949 профессиональный производитель автомобильных печатных плат, Highleap PCB Factory (HILPCB) полностью понимает экстремальные требования к безопасности и качеству автомобильной электроники. Мы не просто поставляем печатные платы; мы предлагаем системные решения, соответствующие стандартам функциональной безопасности ISO 26262 и тщательно протестированные в соответствии с сертификацией AEC-Q. С точки зрения экспертов по безопасности автомобильной электроники, эта статья углубится в основные проблемы, с которыми сталкиваются платы CAN-трансиверов при проектировании, производстве и тестировании, а также покажет, как исключительные производственные и сборочные возможности HILPCB защищают ваши автомобильные проекты.

Основные функции и проблемы печатных плат приемопередатчиков CAN в автомобильной электронике

Приемопередатчик CAN (Controller Area Network) служит интерфейсом физического уровня для протокола связи CAN. Его основная функция заключается в преобразовании логических уровней TTL/CMOS, выдаваемых микроконтроллерами ЭБУ, в дифференциальные сигналы (CAN_H и CAN_L), необходимые для шины CAN, и наоборот. Этот процесс преобразования должен выполняться безупречно в высокоскоростной автомобильной среде с высоким уровнем помех. Следовательно, печатная плата приемопередатчика CAN, на которой размещен приемопередатчик и его вспомогательные цепи, сталкивается с множеством проблем:

Суровые условия эксплуатации: Внутренняя температура автомобиля может резко колебаться от -40°C до 125°C, сопровождаясь постоянными механическими вибрациями и ударами. Это требует от печатной платы исключительной термостойкости, вибростойкости и долгосрочной надежности, особенно в высоконагруженных приложениях печатных плат для электромобилей.
Сложные электромагнитные помехи (ЭМП): Зажигание двигателя, моторные приводы, радиоприемники и другое оборудование генерируют интенсивное электромагнитное излучение, представляющее угрозу для сигналов шины CAN. Конструкции печатных плат должны демонстрировать выдающуюся производительность ЭМС (электромагнитной совместимости) для подавления помех и предотвращения того, чтобы они сами становились источниками помех.
Строгие требования к функциональной безопасности: В критически важных для безопасности системах, таких как ADAS, тормозные системы и рулевое управление, любое прерывание связи CAN может привести к катастрофическим последствиям. Поэтому проектирование и производство печатных плат CAN-трансиверов должно строго соответствовать стандартам ISO 26262, гарантируя переход системы в безопасное состояние в случае сбоя.
Высокая надежность и долговечность: Автомобильные конструкции обычно рассчитаны на срок службы более 15 лет или 300 000 километров. Печатная плата и ее паяные соединения должны выдерживать тысячи термических циклов и постоянные механические нагрузки без расслоения, растрескивания или сбоев соединений. Это особенно важно для печатных плат для движения в колонне (Platooning PCBs), поддерживающих будущее автономное вождение.

Требования ISO 26262 к функциональной безопасности для проектирования печатных плат CAN-трансиверов

ISO 26262 является «золотым стандартом» функциональной безопасности в автомобильной промышленности. Для печатных плат CAN-трансиверов соответствие означает внедрение «безопасности» в конструкцию с самого начала. В зависимости от уровня полноты безопасности автомобиля (ASIL) подключенного ЭБУ, требования к проектированию различаются.

Приложения ASIL B/C/D: В этих приложениях с высоким уровнем безопасности необходимо учитывать потенциальные режимы отказа CAN-трансиверов, такие как доминантное/рецессивное зажатие шины или короткие замыкания драйвера. Конструкции печатных плат должны включать соответствующие механизмы безопасности, такие как:
Проектирование избыточности: Использование двойных CAN-трансиверов или избыточных путей связи для обеспечения того, чтобы резервные пути могли взять на себя управление в случае отказа основного пути.
Диагностика и мониторинг: Интеграция схем мониторинга напряжения, измерения температуры и определения состояния шины на печатной плате позволяет ЭБУ диагностировать состояние трансивера в реальном времени.
Изоляция неисправностей: Благодаря тщательному проектированию схем гарантируется, что отказ одного трансивера не повлияет на нормальную работу всей сети CAN.
Метрики надежности оборудования: ISO 26262 требует количественного анализа случайных отказов оборудования, включая метрику отказов в одной точке (SPFM), метрику скрытых отказов (LFM) и вероятностную метрику отказов оборудования (PMHF). HILPCB помогает клиентам фундаментально снизить частоту отказов оборудования, предоставляя высококачественные, высоконадежные печатные платы, что облегчает выполнение этих строгих требований к метрикам.

Сравнение требований к уровню полноты безопасности автомобилей (ASIL)

Стандарт ISO 26262 делит требования безопасности на четыре уровня (A, B, C, D) в зависимости от серьезности потенциальных опасностей, вероятности воздействия и управляемости. Более высокие уровни соответствуют более строгим требованиям.

Метрика	ASIL A	ASIL B	ASIL C	ASIL D
Цели и требования безопасности	Информационный	Должно быть выполнено	Должно быть выполнено	Должно быть выполнено
Метрика отказов по одной точке (SPFM)	-	≥ 90%	≥ 97%	≥ 99%
Метрика скрытых отказов (LFM)	-	≥ 60%	≥ 80%	≥ 90%

≥ 90% Вероятностная метрика аппаратных отказов (PMHF) - < 100 FIT < 100 FIT < 10 FIT

* FIT: Отказы во времени (Количество отказов на миллиард часов)

Устойчивость к суровым условиям: AEC-Q100/200 и стандарты экологических испытаний

Стандарты серии AEC-Q, разработанные Советом по автомобильной электронике (AEC), служат порогом входа для компонентов и печатных плат (PCB) в автомобильную отрасль. AEC-Q100 применяется к интегральным схемам (таким как микросхемы приемопередатчиков CAN), тогда как AEC-Q200 ориентирован на пассивные компоненты. Хотя не существует специального стандарта AEC-Q для печатных плат, промышленность обычно требует, чтобы производство и материалы печатных плат должны поддерживать установленные на них компоненты для прохождения этих строгих испытаний.

Автомобильные печатные платы HILPCB разрабатываются и материалы для них подбираются с учетом этих требований:

Высокотемпературные материалы: Мы отдаем приоритет подложкам с высокими температурами стеклования (Tg) (например, Tg170°C, Tg180°C), чтобы гарантировать, что печатные платы не размягчаются и не деформируются в высокотемпературных зонах, таких как моторные отсеки, сохраняя структурную стабильность. Для применений с особыми требованиями к термостойкости мы предлагаем профессиональные решения High-Tg PCB.
Устойчивость к CAF: Проводящие анодные нити (CAF) являются основным видом отказа печатных плат в условиях высоких температур и высокой влажности. Выбирая подложки с отличной устойчивостью к CAF, оптимизируя процессы сверления и строго контролируя заполнение смолой внутри платы, мы эффективно предотвращаем микрокороткие замыкания, что особенно важно для высоконагруженных печатных плат силовых модулей электромобилей.
Надежность при термоциклировании: Автомобильные печатные платы должны выдерживать тысячи температурных циклов от -40°C до 125°C. Мы используем материалы с низкими коэффициентами теплового расширения (КТР) и оптимизируем процессы меднения, чтобы обеспечить долгосрочную надежность переходных отверстий, предотвращая трещины, вызванные термическим напряжением.

Электромагнитная совместимость (ЭМС): Ключевой барьер для стабильности шины CAN

ЭМС является главным приоритетом при проектировании печатных плат трансиверов CAN. Отличный дизайн ЭМС обеспечивает стабильную связь для сетей CAN в сложных электромагнитных средах, избегая при этом помех другим электронным устройствам в автомобиле (например, радиоприемникам). Команда HILPCB по DFM (Design for Manufacturability) тесно сотрудничает с клиентами для оптимизации ЭМС-характеристик, начиная с этапа проектирования и трассировки печатных плат:

Строгий контроль дифференциальных пар: Сигнальные линии CAN_H и CAN_L должны поддерживать строго одинаковую длину, расстояние и параллельную трассировку для максимизации коэффициента подавления синфазных помех. Используя передовые инструменты EDA и производственные процессы, мы обеспечиваем точность контроля импеданса в пределах ±5%.
Рациональное расположение слоев и заземление: В многослойных конструкциях плат мы рекомендуем использовать сплошную заземляющую плоскость для обеспечения кратчайшего обратного пути для сигналов и эффективной защиты от внешних помех. Для сложных плат, таких как 48V System PCBs, которые объединяют как питание, так и сигналы, рациональная стратегия слоев имеет решающее значение.
Размещение критически важных компонентов: Размещение трансиверов, синфазных дросселей, оконечных резисторов и устройств защиты от электростатического разряда оказывает решающее влияние на ЭМС-характеристики. Мы рекомендуем размещать эти компоненты компактно рядом с разъемами и обеспечивать короткие, толстые пути заземления.

Получить предложение по печатным платам

Ключевые экологические испытания и испытания на надежность для печатных плат автомобильного класса

Для обеспечения надежности на протяжении всего срока службы автомобильные печатные платы должны пройти серию строгих экологических испытаний, имитирующих экстремальные реальные условия.

Пункт испытания	Стандарт испытаний (Ссылка)

Цель испытания Работа при высоких/низких температурах ISO 16750-4 Проверка функциональности в условиях экстремальных температур Термоциклирование JESD22-A104 Оценка усталостного разрушения, вызванного термическим несоответствием материалов Механическая вибрация и удар ISO 16750-3 Имитация вибрационных и ударных воздействий во время движения Циклирование влажного тепла IEC 60068-2-38 Оценка стойкости к CAF в условиях высоких температур/высокой влажности Испытание соляным туманом IEC 60068-2-11 Оценка коррозионной стойкости поверхностной обработки и паяльной маски

Производство автомобильного класса HILPCB: Приверженность нулевому дефекту от материалов до процессов

Как профессиональный производитель автомобильных печатных плат, HILPCB понимает, что исключительные конструкции требуют первоклассных производственных возможностей для реализации. Наша производственная линия автомобильного класса полностью спроектирована и управляется в соответствии с требованиями системы менеджмента качества IATF 16949, стремясь достичь цели производства "ноль дефектов".

Строгий контроль сырья: Мы выбираем только ведущих мировых поставщиков автомобильных подложек, таких как Shengyi, ITEQ и TUC. Все поступающие материалы должны проходить строгую проверку и сертификацию, чтобы гарантировать полное соответствие их эксплуатационных параметров (Tg, Td, CTE, CTI) автомобильным стандартам. Мы предлагаем клиентам множество вариантов, от стандартных FR4 PCB до специальных материалов для высокочастотных/высокоскоростных приложений.
Точный контроль процесса: Мы используем передовое оборудование, такое как лазерное прямое изображение LDI, автоматическое выравнивание и пробивка CCD, а также плазменное удаление смолы, чтобы обеспечить точность рисунка цепи и качество переходных отверстий. Во время производства мы применяем SPC (статистический контроль процессов) для ключевых параметров (например, толщина меди, толщина диэлектрика, ширина линии) для обеспечения стабильности процесса и постоянного улучшения.
100% электрическое тестирование и AOI: Каждая отгружаемая автомобильная печатная плата проходит 100% электрическое тестирование летающим зондом или тестовым приспособлением, а также несколько процессов AOI (автоматической оптической инспекции), чтобы исключить любые обрывы цепи, короткие замыкания или дефекты рисунка.

Полная прослеживаемость и контроль процессов в рамках системы качества IATF 16949

IATF 16949 - это не просто сертификация, а культура качества, глубоко укоренившаяся в ДНК HILPCB. Мы создали систему управления качеством, охватывающую весь жизненный цикл продукта, обеспечивая прослеживаемость и согласованность для каждой печатной платы приемопередатчика CAN.

APQP и PPAP: Для каждого нового автомобильного проекта мы строго следуем процессу APQP (Advanced Product Quality Planning), сотрудничая с клиентами для определения спецификаций продукта, выявления потенциальных рисков (посредством FMEA) и разработки подробных планов контроля. Перед серийным производством мы представляем полный пакет документации PPAP (Production Part Approval Process), чтобы продемонстрировать, что наш производственный процесс стабилен и способен последовательно поставлять соответствующие продукты.
Комплексная прослеживаемость: Мы внедрили надежную MES (Manufacturing Execution System), присваивая каждой печатной плате уникальный QR-код. Сканируя QR-код, мы можем отследить партию сырья, производственное оборудование, операторов, параметры процесса и все данные инспекции. Эта сквозная прослеживаемость позволяет быстро анализировать первопричины и точно идентифицировать затронутые партии в случае проблем с качеством - основное требование для поставщиков первого уровня и OEM-производителей. Будь то сложная печатная плата сетевого коммутатора или критически важная печатная плата электромобиля, мы предоставляем полные записи прослеживаемости.

Квалификации и сертификаты HILPCB для производства автомобильного класса

Наши обязательства подкреплены ведущими в отрасли сертификациями и широким признанием клиентов, что обеспечивает самые надежные продукты для печатных плат для ваших автомобильных проектов.

Сертификация/Квалификация	Стандарт	Основная ценность
IATF 16949:2016	Система менеджмента качества автомобильной промышленности	Ориентация на отсутствие дефектов, контроль рисков на всех этапах процесса
ISO 9001:2015	Система менеджмента качества	Стандартизированная основа обеспечения качества
Сертификация UL (E-File)	Стандарты безопасности и воспламеняемости	Авторитетное подтверждение соответствия продукции требованиям безопасности

Аудит процессов VDA 6.3 Стандарт Немецкой ассоциации автомобильной промышленности Соответствие строгим требованиям ведущих немецких и европейских OEM-производителей

За пределами печатных плат: Услуги HILPCB по сборке PCBA автомобильного класса

Являясь ведущим производителем печатных плат автомобильного класса, мы полностью понимаем, что потребности клиентов часто выходят за рамки голых плат. Поэтому HILPCB предоставляет комплексные услуги по сборке автомобильных ЭБУ, распространяя наши производственные преимущества на уровень PCBA, чтобы предоставить клиентам большую ценность и удобство.

Наши услуги по сборке PCBA строго соответствуют стандартам автомобильной промышленности:

Закупка компонентов автомобильного класса: У нас есть глобальная сеть поставок, способная закупать компоненты, соответствующие стандартам AEC-Q100/200, предоставляя полную документацию по отслеживаемости.
Высоконадежные процессы пайки: Наши производственные линии SMT оснащены первоклассными установщиками компонентов и печами оплавления, способными обрабатывать сложные корпуса, такие как BGA и QFN. Мы используем высоконадежный бессвинцовый припой SAC305 и проводим рентгеновский контроль для обеспечения качества паяных соединений BGA.

Комплексные возможности тестирования: После сборки мы выполняем внутрисхемное тестирование (ICT), функциональное тестирование (FCT) и испытания на старение в соответствии с требованиями заказчика, чтобы обеспечить 100% функциональное соответствие проектным спецификациям.
Конформное покрытие: Чтобы выдерживать автомобильные условия с влажностью, соляным туманом и химическим воздействием, мы предлагаем услуги автоматизированного конформного покрытия. Это добавляет дополнительный защитный слой к печатным платам, значительно повышая надежность в суровых условиях - особенно критично для таких модулей, как печатные платы силовых модулей электромобилей и печатные платы 48В систем, подверженных воздействию сложных сред. Выбор услуги сборки под ключ от HILPCB означает, что вы получите выгоду от бесшовной интеграции от производства печатных плат до закупки компонентов, SMT-монтажа, тестирования и окончательной сборки, значительно сокращая время выхода на рынок при обеспечении стабильного качества по всей цепочке поставок.

Ориентированные на будущее автомобильные сети: Эволюция печатных плат CAN-FD и автомобильного Ethernet

С развитием автомобильного интеллекта и возможностей подключения пропускная способность традиционных шин CAN постепенно стала узким местом. CAN-FD (CAN с гибкой скоростью передачи данных) и автомобильный Ethernet становятся основными технологиями для автомобильных сетей следующего поколения. Эти новые технологии предъявляют более высокие требования к печатным платам:

Улучшенная целостность сигнала: Увеличенные скорости передачи данных делают сигналы более чувствительными к разрывам импеданса, отражениям и перекрестным помехам. Конструкции печатных плат должны соответствовать строгим требованиям контроля импеданса и моделирования целостности сигнала.
Материалы с низкими потерями: Для высокочастотных приложений, таких как автомобильный Ethernet, требуются материалы со средними и низкими потерями для минимизации затухания сигнала во время передачи.

HILPCB остается на переднем крае технологических тенденций. Мы не только эксперты в области печатных плат для CAN-трансиверов, но также способны производить высокосложные и надежные высокоскоростные печатные платы. Будь то печатные платы для Platooning для автономной связи автопарков или печатные платы сетевых коммутаторов, служащие ядром контроллеров домена, мы предоставляем передовые решения для печатных плат, отвечающие будущим технологическим потребностям.

Матрица возможностей сборки PCBA автомобильного класса HILPCB

Мы предлагаем комплексные услуги по сборке автомобильной электроники от прототипирования до массового производства, строго соблюдая стандарты IATF 16949 для обеспечения высочайшего качества поставки.

Пункт обслуживания	Детали возможностей	Ценность для клиентов
Закупка компонентов	Компоненты, сертифицированные AEC-Q100/200, глобальные авторизованные каналы	Обеспечение подлинности и отслеживаемости компонентов
SMT-монтаж	Компоненты 01005, BGA с шагом 0,35 мм, полная инспекция SPI+AOI	Высокоточная и высоконадежная пайка
Процесс пайки	Бессвинцовая (SAC305), селективная волновая пайка, азотная пайка оплавлением	Удовлетворение разнообразных требований к продукции и повышение надежности пайки
Услуги тестирования	ICT, FCT, тест на старение, рентген, программирование	Обеспечение 100% функциональной целостности отгружаемой продукции
Дополнительные услуги	Конформное покрытие, прошивка программ, сборка в корпус	Предоставление комплексных решений для упрощения цепочек поставок клиентов

Заключение: Выберите профессионального партнера для обеспечения безопасности вашей автомобильной электроники

В итоге, хотя плата CAN-трансивера может быть небольшой, она несет значительную ответственность за обеспечение безопасности и надежности автомобильных коммуникационных сетей. Ее проектирование и производство представляют собой всестороннюю проверку функциональной безопасности, адаптивности к окружающей среде, электромагнитной совместимости и долгосрочной надежности. Компромисс в любом одном аспекте потенциально может привести к рискам безопасности для всей системы автомобиля.

Выбор HILPCB в качестве вашего партнера по производству и сборке печатных плат автомобильного класса означает выбор эксперта с глубоким пониманием и строгим соблюдением высочайших отраслевых стандартов (ISO 26262, IATF 16949, AEC-Q). Используя передовые производственные процессы, комплексные системы контроля качества и возможности комплексного обслуживания, мы стремимся предоставлять мировым автомобильным клиентам самые надежные и безопасные продукты PCB и PCBA. Давайте сотрудничать, чтобы построить более безопасное и умное будущее мобильности.