【導讀】CAN總線(xiàn)由其高可靠和實(shí)時(shí)性被廣泛應用于新能源汽車(chē)、軌道交通、醫療、工程機械等行業(yè)，但是由于大部分行業(yè)工作環(huán)境都比較惡劣，所以提高總線(xiàn)抗干擾能力是目前行業(yè)用戶(hù)最為關(guān)注的方向。
常見(jiàn)CAN總線(xiàn)干擾現象
如下為一條流水線(xiàn)有兩路CAN總線(xiàn)，一條總線(xiàn)有22個(gè)控制節點(diǎn)，每當啟動(dòng)工作時(shí)就會(huì )出現嚴重的失控狀態(tài)，流水線(xiàn)都是通過(guò)電機驅動(dòng)的。在使用CANScope測試發(fā)現，在未啟動(dòng)電機情況下，幀統計結果顯示100%成功率，如圖1所示。
圖1 正常工作幀統計
此時(shí)CAN波形圖如圖2所示。
圖2 正常波形
然而當電機啟動(dòng)之后，CAN總線(xiàn)質(zhì)量急劇下滑，使用CANScope幀統計結果顯示成功率僅僅為16.33%，如圖3所示。
圖3 干擾時(shí)幀統計
此時(shí)的CAN波形圖如圖4所示，可見(jiàn)干擾導致波形嚴重畸變。
圖4 干擾時(shí)波形
干擾導致幀錯誤增加，重發(fā)頻繁，正確數據不能及時(shí)到達。所以如何解決干擾帶來(lái)的困擾呢，下面就為大家介紹CAN總線(xiàn)抗干擾的六大解決方案。
一、增加CAN接口電氣隔離
干擾不但影響信號，更嚴重的會(huì )導致板子死機或者燒毀，所以接口和電源的隔離是抗干擾的第一步。隔離的主要目的是：避免地回流燒毀電路板和限制干擾的幅度。未隔離時(shí)，兩個(gè)節點(diǎn)的地電位不一致，導致有回流電流，產(chǎn)生共模信號，CAN的抗共模干擾能力是-12~7V，超過(guò)這個(gè)差值則出現錯誤，如果共模差超過(guò)±36V，燒毀收發(fā)器或者電路板。
傳統用戶(hù)都采用分立器件自己搭建隔離電路的方式，如今大家更青睞使用隔離收發(fā)器做防護隔離。如圖所示的CTM系列隔離收發(fā)器的總線(xiàn)隔離技術(shù)，與傳統分立器件方案相比，產(chǎn)品具備更高的集成度與可靠性，能夠有效提升總線(xiàn)通信防護等級，極大程度降低用戶(hù)的采購與生產(chǎn)成本，大幅縮短開(kāi)發(fā)周期。增加CTM隔離模塊后，如圖5所示。隔絕了地回流，限制了干擾幅度。
圖5 CAN接口電氣隔離
二、共收發(fā)器的信號地
共CAN收發(fā)器的信號地，并且CAN使用三線(xiàn)制信號傳輸?？梢杂行б种乒材８蓴_。注意圖6中屏蔽層為近距離外殼等電勢的情況下的接線(xiàn)方法。
圖6 CAN信號共地
三、CAN線(xiàn)保證屏蔽效果與正確接地
帶屏蔽層的CAN線(xiàn)，可以良好地抵御電場(chǎng)的干擾，等于整個(gè)屏蔽層是一個(gè)等勢體，避免CAN導線(xiàn)受到干擾。如圖所示，為一個(gè)標準的屏蔽雙絞線(xiàn)，CANH和CANL通過(guò)鋁箔和無(wú)氧銅絲屏蔽網(wǎng)包裹。需要注意的是和與接插件的連接，在連接部分允許有短于25mm的電纜不用雙絞。
圖7 屏蔽雙絞線(xiàn)
使用屏蔽線(xiàn)后，在屏蔽層沒(méi)有良好接大地前，屏蔽線(xiàn)是不起作用的。所以我們要選擇一種接地方式。這里有三種外殼接地法：屏蔽層單點(diǎn)接地、屏蔽層分段屏蔽法、多點(diǎn)接地可以加快高頻干擾信號的泄放。在CAN的應用場(chǎng)合，由于距離一般都較遠，所以大部分采用屏蔽層單點(diǎn)接地的原則，在干線(xiàn)上找一點(diǎn)將屏蔽層用導線(xiàn)直接接地，該點(diǎn)應是所受干擾最小的點(diǎn)，同時(shí)該點(diǎn)位于網(wǎng)絡(luò )中心附近。
圖8 屏蔽層分段屏蔽法
四、提高CAN線(xiàn)雙絞程度
CAN總線(xiàn)為了提高抗干擾能力，采用CANH和CANL差分傳輸，達到效果就是遇到干擾后，可以“同上同下”，最后CANH-CANL的差分值保持不變。如圖9所示。
圖9 差分干擾示意
CANH和CANL要緊密地絞在一起，通常雙絞線(xiàn)只有33絞/米，而在強干擾場(chǎng)合，雙絞程度要到45-55絞/米才能達到較好的抗干擾效果。另外線(xiàn)纜的芯截面積要大于0.35~0.5mm²，CAN_H對CAN_L的線(xiàn)間電容小于75pF/m，如果采用屏蔽雙絞線(xiàn)，CAN_H(或CAN_L)對屏蔽層的電容小于110pF/m?？梢愿玫亟档途€(xiàn)纜阻抗，從而降低干擾時(shí)抖動(dòng)電壓的幅度。
五、增加信號保護器
增加信號保護器，提高抗浪涌群脈沖等EMC能力。上面的隔離只是阻擋，如果干擾強度很高，比如達到2KV浪涌，隔離也會(huì )被破壞。所以要想達到更高的防護等級，必須增加防浪涌電路。如圖10所示，為ZLG致遠電子高速總線(xiàn)標準防浪涌保護電路。
圖10 信號保護電路
六、CAN轉光纖傳輸
增加CAN轉光纖轉換器。解決超強干擾（比如遠程激光與電磁脈沖發(fā)射裝置）與雷擊問(wèn)題，光纖是一種無(wú)法被電磁干擾的傳輸介質(zhì)，如圖11所示，為使用ZLG致遠電子的CANHub-AF1S1和CANHub-AF2S2組合的光纖主干網(wǎng)絡(luò )。
圖11 光纖傳輸
來(lái)源：ZLG致遠電子，原創(chuàng )：AE
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