總線(xiàn)故障

 

一個(gè)故障節點(diǎn)或者隱患節點(diǎn)往往會(huì )危害到整個(gè)產(chǎn)品的安全，如新能源車(chē)的控制總線(xiàn)中，故障節點(diǎn)導致儀表盤(pán)數據更新滯后、顯示錯誤導致司機判斷錯誤引發(fā)道路安全事故。

 

 

圖1：總線(xiàn)故障案例

 

故障定位方法

 

方法一：將CAN節點(diǎn)一個(gè)一個(gè)往總線(xiàn)上接，每接一個(gè)節點(diǎn)后觀(guān)察、測試總線(xiàn)通信狀況。該方法相信是絕大多數現場(chǎng)應用工程師都有嘗試，往往可以零成本揪出問(wèn)題節點(diǎn)。以上方法雖然非常簡(jiǎn)單，但弊端也很多。其一，當總線(xiàn)節點(diǎn)過(guò)多或者總線(xiàn)布線(xiàn)復雜時(shí)往往使工程師抓狂；其二，假如故障原因是各節點(diǎn)容抗、阻抗控制不好導致的，往往多個(gè)節點(diǎn)的累積效應才導致問(wèn)題出現，因此最后一個(gè)掛上去且總線(xiàn)出問(wèn)題的節點(diǎn)不可避免要“背鍋”。

 

圖2：節點(diǎn)依次接入總線(xiàn)

 

方法二：根據特征電平判斷錯誤原因。從波形上對通信錯誤的診斷往往是最直接、高效的，但這依賴(lài)豐富的現場(chǎng)經(jīng)驗，筆者此處列舉幾個(gè)CAN波形案例供參考。

 

圖3錯誤幀是在幀結束位置出現電平臺階。此錯誤由主動(dòng)錯誤標志+錯誤標志疊加而成，二次抬高的是 6 個(gè)連續顯性電平，因某節點(diǎn)錯誤后全局通知，各節點(diǎn)錯誤標志疊加造成的。通常，當節點(diǎn)受較強的電磁場(chǎng)干擾后易發(fā)生此類(lèi)錯誤，如變頻器、逆變器、電機等功率器件。此時(shí)，我們亦可配合FFT分析工具分析干擾頻點(diǎn)，以此定位到干擾源并屏蔽它，如圖4。

 

圖3：幀結束波形臺階

 

圖4：FFT分析干擾頻點(diǎn)

 

圖5錯誤幀波形邊沿出現抖動(dòng)，此錯誤一般是長(cháng)分支導致。在一字型總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )拓撲布線(xiàn)完整且兩端各匹配120歐終端電阻情況下，為了再將遠端新節點(diǎn)接入網(wǎng)絡(luò )使用一根較長(cháng)通信線(xiàn)直接接入CAN網(wǎng)絡(luò )，此節點(diǎn)將帶來(lái)長(cháng)分支問(wèn)題。一般地，長(cháng)分支仍需要做阻抗匹配，更好的方式是從兩端延長(cháng)通信線(xiàn)接上該節點(diǎn)，仍“手挽手”保持一字型網(wǎng)絡(luò )拓撲。

 

圖5：長(cháng)分支導致邊沿抖動(dòng)

 

圖6波特率異常（位寬度從2us突然變成1.6us），導致位錯誤引起錯誤幀。位寬的不穩定是波特率不穩定導致的，最有可能的原因是晶振問(wèn)題，建議更換晶振測試。

 

圖6：波特率偏差引起錯誤幀

 

方法三：使用CAN轉換器或接口類(lèi)產(chǎn)品輔助排查。簡(jiǎn)單的故障排查一般我們采用USBCAN卡解決，通過(guò)抓取總線(xiàn)上的報文分析故障節點(diǎn)。極端情況下，一個(gè)故障節點(diǎn)往往能直接拖垮一個(gè)總線(xiàn)，總線(xiàn)上將無(wú)任何數據，此時(shí)怎么通過(guò)抓取報文解決問(wèn)題呢？通過(guò)一個(gè)多路的CAN集線(xiàn)器能解決以上問(wèn)題。CAN集線(xiàn)器的每個(gè)CAN接口都是一個(gè)獨立的CAN節點(diǎn)，一路CAN的嚴重故障不會(huì )導致所有節點(diǎn)不能進(jìn)行數據收發(fā)，此時(shí)不能正常發(fā)出數據的節點(diǎn)可判定為故障節點(diǎn)。

 

圖7：CANHUB提供8路獨立CAN網(wǎng)絡(luò )

 

總結

 

以上內容為工程師呈現幾種常用的CAN總線(xiàn)故障定位方法，從便捷、成本、高效方面考慮，筆者優(yōu)先推薦方法三。此外，CAN集線(xiàn)器也兼顧中繼器、信號放大器的作用，把多個(gè)節點(diǎn)拆分到不同獨立的CAN總線(xiàn)上能消除負載集中，有效減小總線(xiàn)故障的發(fā)生。若您有更好的CAN總線(xiàn)故障排查方法可在文章下方留言，與廣大工程師交流分享。

 

圖8：CANHub-AS8應用實(shí)例

 

來(lái)源：ZLG致遠電子 ，作者：AE