Mehr Nutzdaten, höhere Bitraten und verbesserte Signalintegrität CAN XL: Vom klassischen CAN-Bus zur Highspeed-Kommunikation

Bis zu 2.048 Byte Nutzdaten und 20 MBit/s: Mit dem TCAN6062 bringt Texas Instruments den ersten kommerziell verfügbaren CAN-XL-Transceiver auf den Markt. Damit wird aus dem nun standardisierten Nachfolger von CAN FD erstmals eine direkt einsetzbare Hardwareplattform.

Humanoide Roboter entwickeln sich von mechanisch komplexen Maschinen zu vernetzten cyberphysischen Systemen. Mit jedem zusätzlichen Sensor, Gelenk und jeder integrierten Rechen- und KI-Funktion steigen auch die Anforderungen an ihr Kommunikationsnetzwerk.

Prozessoren, Sensoren und Aktoren müssen immer größere Datenmengen mit möglichst geringer Latenz und deterministischem Verhalten austauschen. Denn wenn ein Roboter in Sekundenbruchteilen sein Gleichgewicht korrigieren oder eine Bewegung anpassen muss, sind schnelle und zuverlässig übertragene Steuerungs- und Sicherheitsdaten entscheidend.

Genau hier setzt Texas Instruments mit dem TCAN6062 an, dem nach eigenen Angaben ersten kommerziell verfügbaren CAN-XL-Transceiver. Der Baustein soll Entwicklern von humanoiden und Industrierobotern ein Kommunikationsnetzwerk mit deutlich höherer Bandbreite bieten, ohne die bewährten Eigenschaften CAN-basierter Architekturen aufzugeben. CAN XL erweitert dafür die Nutzlast auf bis zu 2.048 Byte pro Frame und erreicht Datenraten bis zu 20 MBit/s.

Damit reagiert CAN XL auf eine Entwicklung, die über die Robotik hinausgeht: Industrielle Systeme erzeugen immer mehr Daten, während gleichzeitig deterministische Kommunikation für Motion Control, Sensorfeedback und sicherheitskritische Funktionen erforderlich bleibt. Wo CAN FD mit maximal 64 Byte Nutzdaten zunehmend an Grenzen stößt, soll CAN XL die Lücke zwischen klassischem CAN und leistungsfähigeren Ethernet-Netzwerken schließen.

Technisch entscheidend ist dabei nicht allein die höhere Bitrate. Mit 2.048 Byte Nutzdaten pro Frame reduziert CAN XL vor allem den Protokolloverhead bei größeren Datenblöcken deutlich. Gleichzeitig bleibt die CAN-typische Priorisierung erhalten: Kritische Telegramme können sich bei der Arbitration gegenüber weniger zeitkritischen Daten durchsetzen. Das macht CAN XL insbesondere für Anwendungen interessant, bei denen große Datenmengen und deterministisches Verhalten zusammenkommen, wie in der Robotik, bei Motion Control oder der verteilten Sensorik.

CAN wird schneller, aber nicht einfach zu Ethernet

CAN XL verfolgt dabei einen hybriden Ansatz. CAN wird nicht nur hinsichtlich Datenrate und Nutzlast erweitert, sondern ermöglicht auch das Tunneln von Ethernet beziehungsweise TCP/IP. Damit lassen sich beispielsweise Diagnose-, Sensor- und Steuerdaten über eine gemeinsame Infrastruktur übertragen. CAN XL kann somit eine Zwischenebene zwischen klassischem CAN und Ethernet bilden und dort eingesetzt werden, wo Ethernet zwar die notwendige Bandbreite liefert, dessen Infrastruktur und Protokoll-Stack aber nicht für jede Teilstrecke erforderlich sind.

Gerade diese Eigenschaft macht CAN XL für künftige heterogene Netzwerkarchitekturen interessant. Statt für unterschiedliche Datenklassen jeweils eigene Netzwerke aufzubauen, können Steuertelegramme, Diagnoseinformationen und größere Datenblöcke auf einer gemeinsamen Kommunikationsinfrastruktur zusammengeführt werden.

Eine Herausforderung höherer Datenraten liegt allerdings auf der Hardware-Ebene. Mit zunehmender Flankensteilheit werden Reflexionen und Ringing auf dem Bus kritischer. Der TCAN6062 integriert deshalb „Signal Improvement Capability“ (SIC). Laut Hersteller soll die SIC-Funktion das Ringing in komplexen Netzwerken um bis zu 80 Prozent reduzieren. Das erleichtert die Signalintegritätsanalyse und Validierung insbesondere bei Netzwerken mit vielen Knoten.

Auch bei der Robustheit bleibt der Baustein der CAN-Tradition verpflichtet. Der Halbleiterspezialist gibt eine Fehlerspannungsfestigkeit bis ±58 V an und unterstützt einen breiten Bereich von Eingangs- und Ausgangsspannungen. Damit soll der Transceiver für unterschiedliche industrielle Versorgungskonzepte und anspruchsvolle Umgebungsbedingungen geeignet sein.

CAN XL ist standardisiert, jetzt kommt die Hardware

Der eigentliche Schritt von TI liegt in der Überführung des Kommunikationsprotokolls in eine kommerziell verfügbare Hardwareplattform. Die CAN-XL-Spezifikation wird seit Jahren entwickelt und ist inzwischen in den aktuellen ISO-Normen verankert. TI war über die technische Zusammenarbeit mit der CAN in Automation (CiA) an der Entwicklung der Bitübertragungsschicht beteiligt, die in der ISO 11898-2:2024 spezifiziert ist.

Mit dem TCAN6062 wird CAN XL damit erstmals als direkt verfügbare Transceiver-Technik für Serienentwicklungen zugänglich. Das ist für die Verbreitung des Standards wichtiger als eine weitere Protokollspezifikation auf dem Papier: Erst mit verfügbaren PHYs, Controllern und Entwicklungswerkzeugen können Entwickler CAN XL tatsächlich in neue Architekturen integrieren.

Zwischen CAN FD und Ethernet

CAN XL soll CAN FD nicht ersetzen. Vielmehr entsteht eine Technologiestufe zwischen CAN FD und Ethernet. CAN FD bleibt für viele klassische Steuerungsaufgaben ausreichend; CAN XL adressiert Anwendungen, bei denen die 64-Byte-Nutzlast von CAN FD nicht mehr genügt. Ethernet wiederum bietet deutlich höhere Bandbreiten, bringt aber eine andere Systemarchitektur und andere Anforderungen an Determinismus und Netzwerkmanagement mit.

Genau hier liegt die strategische Bedeutung von CAN XL: Mehr Datenrate und deutlich größere Frames, ohne die grundlegenden Eigenschaften von CAN aufzugeben. Für Industrie- und Robotiksysteme könnte CAN XL damit zu einer kostengünstigen Ergänzung bestehender CAN-Infrastrukturen werden, insbesondere dort, wo die Datenmengen steigen, harte Echtzeitanforderungen aber weiterhin gelten.

Der CAN-Transceiver markiert den Übergang von CAN XL von der Standardspezifikation zur real verfügbaren Netzwerktechnik. Entscheidend wird nun sein, wie schnell CAN-XL-Controller, Software-Stacks und weitere Transceiver auf den Markt kommen. Erst dann lässt sich beurteilen, ob CAN XL tatsächlich die Lücke zwischen CAN FD und Ethernet schließen kann.(kr)

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