什么是CAN？

CAN是控制器局域網絡（ControllerAreaNetwork，CAN）的簡稱，由德國的BOSCH公司開發，并最終成為國際標準（ISO 11898），是國際上應用最廣泛的現場總線之一。 

 

怎么選擇CAN芯片？

1，數據速率：指的是單位時間內，通信線路上傳輸的二進制位的數量。根據應用場景的需求，選擇合適的數據速率。高速CAN收發器的最高速率為5Mbps，CAN FD的最高速率可達8Mbps，而傳統的CAN最高速率僅為1Mbps。

2，電源電壓：了解收發器的電源電壓范圍，確保其與實際供電系統兼容。

3，共模電壓：?CAN通信協議的共模電壓?主要涉及到顯性信號和隱性信號的不同電壓要求。在CAN通信中，共模電壓是一個重要的參數，它直接影響到通信的可靠性和穩定性。

 

CAN總線外圍電路設計

在汽車應用中，EMC問題是一個被廣泛關注的問題，而與傳統汽車相比，新能源汽車的EMC問題更加突出，因此對于汽車中大量使用的總線接口芯片的EMC性能要求也比較高。為了獲得較好的EMC性能，除了芯片選型的考慮之外，系統中芯片外圍電路的設計也是至關重要的。這一部分將著重介紹一下CAN芯片外圍電路的一些參考設計。

 

 

1，共模電感

共模電感的特性是對于共模信號表現較高的阻抗，對于差模信號表現較低的阻抗，所以對于共模噪聲干擾 有較強的抑制作用。

1)電感值的選取

對于電感值的選取我們需要從抑制總線共模噪聲方面去考慮。在CAN 總線的共模噪聲頻率處，共模電感應具有盡可能高的電感值，表現為高阻抗抑制共模噪聲的傳播，電感值較小對于共模噪聲的抑制效果會不佳，而電感值較大又會有尺寸和成本方面的限制。建議對于500kbps的CAN通信可以采用51uH電感值的共模電感，對于2Mbps的CAN FD 通訊可以采用100uH電感值的共模電感。

2)直流電阻的選取

共模電感的直流電阻越大，總線信號的損耗越大，傳輸效率越低。在確定了共模電感的電感值后，應該選取直流電阻盡可能小的共模電感。

 

2，終端分立電阻

ISO11898標準規定互連線為單雙絞線(屏蔽或非屏蔽)120 Ω特性阻抗(ZO)。應使用等于線路特性阻抗的電阻來終止電纜的兩端，以防止信號反射。連接節點到總線的未端接的插線(存根)應盡可能短，以盡量減少信號反射。

終端通常是一個120 Ω電阻在總線的每一端。如果需要對母線的共模電壓進行濾波和穩定，則可以使用分路端接。拆分使用兩個60Ω電阻器，在這些電阻器的中間有一個對地電容。通過消除消息傳輸開始和結束時總線共模電壓的波動，分離終端改善了網絡的電磁發射行為。

 

 

（左）標準終端

（右）分離終端

3，總線電容

除了通過總線上加共模電感以及采用分立終端匹配電阻的方法來提升CAN總線的EMC性能，分別在CANH和CANL上加一個對地電容，也可以濾除總線上的一些高頻噪聲，能在一定程度上提升CAN總線的EMC性能。當然對地電容值的選取需要綜合考慮多種因素，如果電容過大，會導致總線信號衰減，上升和下降時間增大，縮短bit時間，影響總線正常通訊；同時對地電容容值與信號源的阻抗所組成的RC低通濾波器截止頻率應高于CAN總線的通訊速率，保證 CAN 總線的正常通訊。所以需要綜合考慮總線長度、節點數量、數據速率等因素來選擇合適的對地電容。一般建議對于2Mbps的CAN FD通訊，總線對地電容不超過100pF。

4，ESD保護二極管

在汽車或者工業應用中，對于一些有外部連接接口的系統，在安裝和維護過程中積累的過量電荷會通過接口線纜流入模塊，這些放電能量足夠高有可能高達幾十kv，那么位于接口端的接口芯片就會首當其沖，被放電能量損壞，導致系統無法工作。所以保護接口收發器免受ESD的影響對于系統應用來說至關重要。對于CAN收發器，雖然芯片內部設計了相關的ESD 保護電路，但是受限于芯片尺寸，一般總線端的ESD 防護能力遠遠達不到一些環境下的ESD 沖擊。因此，需要使用外部ESD保護二極管來提升系統端的ESD防護能力，TVS二極管結電容較大，適合在低速CAN總線上使用；ESD靜電保護器件結電容較小，適合在高速CAN總線上使用。

 

CAN總線常見問題和解決方法

 

CAN總線作為一種常用的通信協議，在汽車、工業自動化等領域得到廣泛應用。然而，由于各種原因，CAN總線在使用過程中可能會出現各種故障，本文將講解CAN總線應用過程中的常見問題和解決辦法。

 

1，CAN總線節點硬件錯誤問題

CAN總線上的數據采用不歸零編碼方式，顯性和隱性同時傳送時，總線的結果值為顯性。而對于具有TXD顯性超時保護功能的CAN收發器，在TXD引腳顯性時間超過允許最大的時間tDOM后，發送器將被禁能，收發器輸出表現為隱性狀態，根據CAN協議（ISO 11898），除了錯誤幀和過載幀（允許6個相等顯性位），CAN幀報文中在5個連續相等位后，發送器自動插入一個與之互補的補碼位；接收時，這個填充位被自動丟掉。例如，5個連續的高電平位后，CAN自動插入一個低電平位。

由于CAN總線顯性電平的“支配地位”，在CAN總線組網時，若有其中一個CAN節點出現硬件或者軟件上的錯誤，使控制器TXD引腳持續處于低電平，則會使總線電平持續保持在顯性狀態，總線上所有節點均不能正常通信，導致總線癱瘓。

若總線節點數量眾多，確定問題節點將是一項艱巨的任務，TXD顯性超時后，發送器將被禁能，收發器輸出表現為隱性狀態，總線將不受該節點影響，從而保證總線的正常通信。收發器下一個顯性輸出只有在釋放了TXD后才可以產生。

 

解決方法

1)推薦使用支持TXD顯性超時保護功能的CAN芯片：SIT1050T，SIT1040T，HMT1040T，HMT1050T，帶TXD顯性超時保護功能的CAN收發器可以有效防止出錯的CAN控制器通過發送持續的顯性TXD信號將總線箝位在顯性電平，保證了總線通信的魯棒性。

 

2，低波特率通信正常，高波特率無法通信。

控制器配置低波特率通信正常而提高通信速率后無法通信的問題，主要是由于終端電阻未匹配導致的。解決方法如下：

1)匹配適當的終端電阻；

 

3，總線電容過大導致的通訊異常。

CAN節點及CAN線束的電容會影響整個網絡的電容，電容越大，下降邊沿越緩，導致接收節點發生位采樣錯誤，從而產生錯誤幀。解決方法如下：

1)檢查CAN總線上是否有外加電容、是否有保護器件(TVS等)的寄生電容過大等問題，適當去除，以降低電容，建議將單個CAN節點電容控制在 40pF~100pF范圍內；

2)降低工作波特率，波特率降低可以延長位時間，減小電容的影響，但若電容過大，則不一定有效；