CAN FD (Controller Area Network Flexible Data-Rate) เป็นโปรโตคอลการสื่อสารข้อมูลที่ใช้สำหรับการกระจายข้อมูลเซ็นเซอร์และข้อมูลควบคุมผ่านการเชื่อมต่อแบบ 2 สายระหว่างส่วนต่างๆ ของระบบเครื่องมือวัดและ ควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ โปรโตคอลนี้ใช้ในรถยนต์สมรรถนะสูงสมัยใหม่

CAN FD เป็นส่วนขยายของ โปรโตคอล บัส CAN ดั้งเดิม ที่ระบุไว้ใน ISO 11898-1 CAN FD เป็นโปรโตคอล CAN รุ่นที่สองที่พัฒนาโดย Bosch ^{[ 1 ]}แนวคิดพื้นฐานในการโอเวอร์คล็อกส่วนหนึ่งของเฟรมและเพิ่มขนาดเพย์โหลดมีมาตั้งแต่ปี 1999 ^{[ 2 ]} CAN FD ^{[ 3 ]} ได้ รับการพัฒนาในปี 2011 และเปิดตัวในปี 2012 โดยBoschเพื่อตอบสนองความต้องการในการเพิ่มอัตราการถ่ายโอนข้อมูลให้เร็วขึ้นถึง 5 เท่าและมีขนาดเฟรม/ข้อความที่ใหญ่ขึ้นสำหรับการใช้งานในหน่วยควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ ยาน ยนต์ สมัยใหม่

เช่นเดียวกับ CAN แบบดั้งเดิม โปรโตคอล CAN FD ได้รับการออกแบบมาเพื่อส่งและรับข้อมูลเซ็นเซอร์ คำสั่งควบคุม และตรวจจับข้อผิดพลาดของข้อมูลระหว่างอุปกรณ์เซ็นเซอร์อิเล็กทรอนิกส์ ตัวควบคุม และไมโครคอนโทรลเลอร์ ได้อย่างน่าเชื่อถือ แม้ว่า CAN FD จะได้รับการออกแบบมาเพื่อใช้ใน ECU ของยานยนต์ประสิทธิภาพสูงเป็นหลัก แต่ความแพร่หลายของ CAN แบบดั้งเดิมในอุตสาหกรรมต่างๆ จะนำไปสู่การรวมโปรโตคอลการสื่อสารข้อมูลที่ได้รับการปรับปรุงนี้ในแอปพลิเคชันอื่นๆ อีกมากมาย เช่น ในระบบอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้ในหุ่นยนต์ การป้องกันประเทศ ระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม ยานใต้น้ำ อุปกรณ์ทางการแพทย์การบิน เซ็นเซอร์ขุดเจาะใต้ดิน เป็นต้น

ความแตกต่างหลักระหว่าง CAN (Controller Area Network) แบบดั้งเดิมและ CAN FD คือข้อมูลที่ยืดหยุ่น (Flexible Data หรือ FD) การใช้ CAN FD ช่วยให้หน่วยควบคุมอิเล็กทรอนิกส์ (ECU) สามารถสลับระหว่างอัตราการส่งข้อมูลที่แตกต่างกันและข้อความที่ยาวหรือสั้นกว่าได้อย่างไดนามิก ความเร็วในการส่งข้อมูลที่เร็วขึ้นและความจุข้อมูลที่มากขึ้นส่งผลให้ระบบมีข้อได้เปรียบในการทำงานหลายประการเมื่อเทียบกับ CAN แบบดั้งเดิม คำสั่งที่ส่งโดยซอฟต์แวร์ ECU ที่กำลังทำงานจะไปถึงตัวควบคุมเอาต์พุตได้เร็วกว่ามาก โดยทั่วไปแล้ว CAN FD จะใช้ใน ECU ประสิทธิภาพสูงของรถยนต์สมัยใหม่ รถยนต์สมัยใหม่สามารถมี ECU มากกว่า 70 ตัวที่ใช้ CAN FD ในการแลกเปลี่ยนข้อมูลผ่านบัส CAN เมื่อเครื่องยนต์ทำงานหรือเมื่อรถกำลังเคลื่อนที่

ในบัส CAN เฟรมเป็นหน่วยพื้นฐานของการส่งข้อความ สำหรับบัส CAN แบบคลาสสิก เฟรมประกอบด้วยตัวระบุ 11 บิตพร้อมกับเพย์โหลดข้อความ 8 ไบต์ สำหรับ CAN FD เฟรมจะมีตัวระบุ 29 บิตและบรรจุเพย์โหลดข้อความ 64 ไบต์ เฟรมที่มีตัวระบุ 11 บิตเรียกว่ารูปแบบเฟรมพื้นฐาน FD (FDBF) และเฟรมที่มีตัวระบุ 29 บิตเรียกว่ารูปแบบเฟรมขยาย FD (FEFF) แม้ว่าอัตราการส่งข้อมูลเพย์โหลด 5-8 เมกะบิต/วินาทีจะเป็นไปได้ใน CAN FD แต่โดยรวมแล้วอัตราการถ่ายโอนข้อมูลจะขึ้นอยู่กับความยาวทั้งหมดของเครือข่ายบัสและตัวรับส่งสัญญาณที่ใช้ในการสร้างและตรวจจับสัญญาณบัส นอกจากนี้ อัตราการส่งข้อมูลการจัดสรรทรัพยากรถูกจำกัดไว้ที่ 1 เมกะบิต/วินาที เพื่อรักษาความเข้ากันได้กับอุปกรณ์ CAN แบบคลาสสิก ข้อกำหนดโปรโตคอล CAN FD ให้การตรวจจับข้อผิดพลาดที่ดีขึ้น^{[ 4 ]}ในข้อความ CAN ที่ได้รับ และความยืดหยุ่นที่เพิ่มขึ้นของความเร็วในการถ่ายโอนข้อมูลเพื่อรองรับความแตกต่างในอัตราการสำรวจของเซ็นเซอร์ บัส CAN ประกอบด้วยสายไฟคู่หนึ่งที่ใช้ร่วมกันซึ่งเชื่อมต่อกับเซ็นเซอร์อิเล็กทรอนิกส์ หน่วยควบคุม และ ECU และใช้ในการแลกเปลี่ยนข้อมูลระหว่างหน่วยที่ทำงานเป็นระยะหรือตามความต้องการ จำนวนหน่วยทั้งหมดที่เชื่อมต่อ ความยาวของสายบัส CAN และปัจจัยทางแม่เหล็กไฟฟ้าเพิ่มเติมจะเป็นตัวกำหนดอัตราการถ่ายโอนข้อมูลที่เร็วที่สุดที่เป็นไปได้สำหรับบัส CAN ที่กำหนด โปรโตคอล CAN ทุกเวอร์ชันได้รับการออกแบบด้วยการแก้ไขการชนกันที่แข็งแกร่งซึ่งขึ้นอยู่กับเวลาการแพร่กระจายสัญญาณโครงสร้างเครือข่ายและจำนวนหน่วยบนบัส เพื่อลดการชนกันของข้อความและลดการแก้ไขข้อผิดพลาดที่มีค่าใช้จ่ายสูง การกำหนดค่าบัส CAN จำนวนมากอาจจำกัดอัตราการถ่ายโอนข้อมูลไว้ต่ำกว่าความเร็วสูงสุดตามทฤษฎีของบัส

โหลดบัส CAN-FD ที่พัฒนาโดยสมการของ "De Andrade" โดยอิงจากสมการของ Tindel ^{[ 1 ] [ 5 ] [ 6 ]}

β = τ/ω (β = Busload), (τ = เวลาของบิตที่ช้าบวกบิตที่เร็วกว่า), ω (เวลาเป็นวินาทีของการวัด) τ = Ts + Tf

โปรโตคอล CAN-FD กำหนดกลไกการตรวจจับข้อผิดพลาดที่แตกต่างกันห้าแบบ โดยสองแบบทำงานที่ระดับบิต และอีกสามแบบทำงานที่ระดับข้อความ ได้แก่:

- (1) การตรวจสอบบิต - (2) การยัดไส้บิต - (3) การตรวจสอบเฟรม - (4) การตรวจสอบการรับทราบและ - (5) การตรวจสอบความซ้ำซ้อนแบบวนรอบ (Cyclic Redundancy Check)มีตัวเลือก CRC สองแบบที่ควรระบุเป็นความยาว CRC 17 บิต (ความยาวข้อมูล 0-16 ไบต์) หรือความยาว CRC 21 บิต (ความยาวข้อมูล 17–64 ไบต์) 

โดยเวลาในการส่งข้อมูลของส่วนหัว (ขนาดคงที่) จะกำหนดโดย:

${\displaystyle \textstyle T_{s}=\left({\frac {\left({\text{SOF}}+{\text{ID}}+r1+{\text{IDE}}+{\text{EDL}}+r0+{\frac {\text{BRS}}{2}}+{\frac {\text{CRCdel}}{2}}\right)\cdot 1.2}{t_{x}}}\right)+{\frac {{\text{ACK}}+{\text{DEL}}+{\text{EOF}}+{\text{IFS}}}{t_{x}}}}$

ฟิลด์ต่างๆ ได้รับการอธิบายในตารางด้านล่างที่นี่ 1.2 ถือเป็นปัจจัยของการยัดบิตกรณีที่เลวร้ายที่สุด^{[ 7 ]}ซึ่งหมายความว่าการคำนวณจะต้องเพิ่มขึ้น 25% ถือว่า BRS และ CRCdel หารด้วย 2 เนื่องจากอยู่ในช่วงการเปลี่ยนผ่าน อัตราบิต พอดี

เวลาในการส่งข้อมูลจะคำนวณได้ดังนี้:

${\displaystyle \textstyle T_{f}={\frac {\left(\left(D_{f}+{\text{ESI}}+{\text{DLC}}+{\frac {\text{BRS}}{2}}+{\frac {\text{CRCdel}}{2}}\right)\cdot 1.2\right)+{\text{CRC}}+{\text{SB}}}{t_{Y}}}}$

ในที่นี้ SB หมายถึงบิตที่ใช้ในการเพิ่มขนาดข้อมูล (5 บิตสำหรับแพ็กเก็ตที่มีขนาดเล็กกว่า 6 ไบต์ และ 6 บิตสำหรับแพ็กเก็ตที่มีขนาดใหญ่กว่า 6 ไบต์) CRC ก็ขึ้นอยู่กับขนาดเช่นกัน โดยตั้งค่าเป็น 17 บิตสำหรับแพ็กเก็ตที่มีขนาดเล็กกว่า 6 ไบต์ และเป็น 21 บิตสำหรับแพ็กเก็ตขนาดใหญ่กว่า Df แทนขนาดข้อมูลในส่วน payload ของ CAN-FD ซึ่งอาจมีค่าตั้งแต่ 0 ถึง 8, 12, 16, 20, 24, 32, 48, 64 ไบต์ t_X คือแบนด์วิดท์ในการส่งข้อมูลส่วนหัว (สูงสุด 1 เมกะบิต/วินาที)

นอกจากนี้ CAN FD ยังลดจำนวนข้อผิดพลาดที่ตรวจไม่พบลงได้ด้วยการเพิ่มประสิทธิภาพของอัลกอริธึมCRC ^{[ 8 ]}ยิ่งไปกว่านั้น CAN FD ยังเข้ากันได้กับเครือข่าย CAN 2.0 ที่มีอยู่ ทำให้โปรโตคอลใหม่สามารถทำงานบนเครือข่ายเดียวกันกับ CAN แบบดั้งเดิมได้^{[ 9 ]}อัตราการส่งข้อมูลของ CAN FD สามารถสูงถึง 8 Mbit/s ด้วยทรานซีฟเวอร์ CAN SIC (Signal Improvement Capability) ที่เหมาะสม และเร็วกว่า CAN แบบดั้งเดิมที่มีเฟสข้อมูล 1 Mbit/s ถึง 8 เท่า

เนื่องจากความเร็วในการสื่อสารที่สูงขึ้น ข้อจำกัดของ CAN FD จึงเข้มงวดมากขึ้นในแง่ของความจุปรสิตของ สาย ดังนั้นส่วนประกอบทั้งหมดบนสายจึงมีงบประมาณ "ความจุ" ลดลงเมื่อเทียบกับบัส CAN ทั่วไป นั่นเป็นเหตุผลที่ ซัพพลาย เออร์เซมิคอนดักเตอร์ได้ออกส่วนประกอบใหม่ที่ได้รับการอนุมัติจากผู้ผลิตรถยนต์ การอนุมัตินี้สะท้อนถึงความต้องการความสามารถในการทำงานร่วมกันระหว่างระบบ CAN FD ทั้งหมด อันที่จริง ส่วนประกอบป้องกัน ESD ที่เลือกนั้นเข้ากันได้กับทรานซีฟเวอร์ทั้งหมด (CAN หรือ CAN FD) และทนต่อ ISO7637-3 ^{[ 10 ]}

แม้ว่าแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่า ≤ (37 V) อุปกรณ์สำหรับการใช้งานในรถบรรทุกจะต้องเป็นไปตามข้อกำหนดความจุต่ำ (3.5 pF) ด้วย^{[ 11 ]}

เฟรมข้อมูลที่ใช้สำหรับการส่งข้อมูลจริงมีรูปแบบข้อความสองแบบ:

• รูปแบบเฟรมพื้นฐาน: มีบิตระบุตัวตน 11 บิต
• รูปแบบเฟรมแบบขยาย: พร้อมบิตระบุตัวตน 29 บิต

รูปแบบเฟรมมีดังนี้: ค่าบิตต่างๆ ถูกอธิบายไว้สำหรับสัญญาณ CAN-LO

ตารางด้านบนอธิบายโปรโตคอลการถ่ายโอนที่กำหนดไว้สำหรับ CAN + CANFD โดยอิงตามมาตรฐาน ISO 15765-2 (ISO-TP) ซึ่งใช้สำหรับการส่งแพ็กเก็ตข้อมูลที่มีความยาวมากกว่าที่พอดีกับเฟรม CAN

• ถ้าไบต์แรกเป็น 0x00 แสดงว่าเป็น CAN-FD SF และไบต์ที่สองจะระบุขนาดของข้อมูล
• ถ้าไบต์แรกเป็น 0x01-0x07 แสดงว่าเป็น CAN SF ปกติ โดยไบต์นี้จะระบุขนาดของข้อมูล 1-7 ไบต์
• ถ้าสองไบต์แรกเป็น 0x1000 แสดงว่าเป็น CAN-FD FF และสี่ไบต์ถัดไปจะระบุขนาดของข้อมูลโดยเรียงจากไบต์สูงก่อน ซึ่งในทางปฏิบัติแล้วจะทำให้สามารถส่งข้อมูลได้ประมาณ 4 GB ในรูปแบบ CAN FD
• ถ้าสองไบต์แรกเป็น 0x1008-0x1FFF แสดงว่าเป็น CAN FF ปกติที่มีขนาด 0x008-0xFFF

CAN FD สามารถใช้ทรานซีฟเวอร์สำหรับ CAN แบบคลาสสิกและ CAN FD ได้ นอกจากนี้ยังมีทรานซีฟเวอร์ CAN SiC (Signal improvement Capability) ใหม่ที่มีอัตราการส่งข้อมูล 5 ถึง 8 เมกะบิตต่อวินาที^{[ 12 ]}

ในปี 2017 มีการคาดการณ์ว่า CAN FD จะถูกนำมาใช้ในรถยนต์ส่วนใหญ่ภายในปี 2019–2020

บริษัทบางแห่งที่อยู่เบื้องหลังมาตรฐานใหม่นี้ ได้แก่STMicroelectronics , Infineon , [ ^{13 ] NXP} , Texas Instruments , Kvaser, DaimlerและGM

CAN FD เป็น เลเยอร์การเชื่อมโยงข้อมูลพื้นฐานในโปรโตคอลระดับสูงบางตัว เช่นCANopenในรูปแบบ CANopen FD และJ1939และได้รับการสนับสนุนจากบริษัทต่างๆ ด้วยชุดโปรโตคอลที่แตกต่างกัน

CAN XL เป็นเวอร์ชันที่ 3 ของเลเยอร์การเชื่อมต่อข้อมูล CAN ต่อจาก CAN แบบดั้งเดิมและ CAN FD โดย CAN FD สามารถใช้งานร่วมกับCAN XLได้

• การเปรียบเทียบ CAN FD กับ CAN แบบดั้งเดิม
• CAN FD: จากทฤษฎีสู่การปฏิบัติ
• Linux และ ISO 15765-2 กับ CAN FD - รายละเอียดเกี่ยวกับความแตกต่างของความยาวข้อมูล (payload) ระหว่าง CAN และ CANFD
• Linux และ ISO 15765-2 ร่วมกับ CAN FD การประชุม CAN นานาชาติครั้งที่ 15 ปี 2015