CAN总线凭借高可靠和实时性被广泛应用于汽车电子、轨道交通、医疗等行业,但随着应用环境的日益复杂,CAN总线发生异常的频率也随之增加。如何高效地分析及解决CAN接口异常呢?本文将为您详细介绍。
常见异常及解决方法 (1)两个节点近距离测试,低波特率通信正常,高波特率无法通信。 可能原因:未加终端电阻。由于CAN收发芯片内部CANH、CANL引脚为开漏驱动,如图1,在显性状态期间,总线的寄生电容会被充电,而在恢复到隐性状态时,这些电容需要放电。如果CANH、CANL之间没有放置任何阻性负载,电容只能通过收发器内部阻值较大的差分电阻放电。如果放电速度过慢,就会出现通信问题。解决方法:增加终端电阻。
图1 CAN收发器结构示意图
(2)组网节点数少通信正常,增加节点后,通信异常。
可能原因:总线电容过大。总线电容过大会影响CAN差分波形上升下降速度,如图2。解决方法:a．检查CAN节点接口的外围电路,是否有外加电容、TVS管等器件,适当去除,以降低电容。 b．降低工作波特率。波特率降低可以延长位时间,减小电容的影响,但若电容过大,则不一定有效。
图2 总线电容影响波形图
(3)应用中易损坏,更换模块后正常。
可能原因:保护不足。CAN模块由于体积受限,内部保护电路等级不高。在一些环境恶劣的应用现场,干扰能量过大易造成损坏。
解决方法:根据损坏情况适当增加保护电路。图3是推荐的典型保护电路图,电源端口有TVS保护,CAN接口有三级电路保护,可以抑制大能量的雷击浪涌。
图3 典型保护电路
(4)5V模块匹配3．3V MCU,错误帧多或发不出数据。
可能原因:电平不匹配。5V模块匹配3．3V MCU在测试中可能并无异常,但由于某些参数的微小变化,就会导致电平不能正常识别。图4标示了模块TXD输入高电平的最低值0．7VCC,如小于该值,则存在风险。解决方法:增加电平转换电路,或选择3．3V模块匹配3．3V MCU。
图4 CAN模块输入参数
(5)近距离通信正常,远距离无法通信。
可能原因:a． CAN速率过高。由于CAN总线的仲裁机理,其对延时有着非常严格的要求。线缆延时的存在,使得导线长度制约着实际应用中CAN的最高工作速率。CAN速率与通信距离成反比,速率越高,通信距离越短。 b． 线缆阻抗大,远端信号幅值过低。解决方法:a．降低速率,或缩短总线长度,可参考图5线缆长度与波特率的关系。 b．换用阻抗小的电线缆,或适当增大终端电阻值,可参考图6线缆长度与直流参数推荐。
图5 线缆长度与波特率的关系
图6 线缆长度与直流参数推荐
通过测试定位问题 当通过现有信息无法判断问题所在时,则需要对CAN接口进行测试,定位问题点。已推测出问题所在时,也可以对CAN接口进行测试,以验证推测与解决效果。(1)阻抗测量在产品断电、或从PCB卸下后,使用数字万用表测量模块各引脚阻抗是否异常,如图7。若出现短路情况,说明模块或相关联电路有损坏现象。测试时,TXD、RXD、VCC以GND为参考;CANH、CANL以CANG为参考。
图7 阻抗测量示意
(2)检测模块供电电压
产品上电,使用数字万用表测量模块VCC-GND之间电压,电压应该在模块正常供电范围内,如图8。若电压值明显低于正常范围,且模块发热严重,则内部可能存在短路情况。若模块发热量正常(常规温升15℃),则需要检查外部供电电路是否异常。
图8 供电测试示意图
(3)检测发送波形
使用示波器测试TXD引脚,以及CANH、CANL的差分波形,检查波形的幅值大小、波特率、波形质量、TXD和CAN差分波形是否对应等,如图9、图10。
图9 发送波形测试示意图
图10 TXD与CAN差分波形(4)检测接收波形使用示波器测试RXD引脚,以及CANH、CANL的差分波形,检查波形的幅值大小、波特率、波形质量、TXD和CAN差分波形是否对应等,如图11、图12。
图11 接收波形测试示意图
图12 CAN差分与RXD波形图
(5)检测CAN总线波形使用示波器测试CANH、CANL的波形,检查显性电平、隐性电平、位时间等参数是否正确。如图13、图14。
图13 CAN总线波形测试示意图
图14 CANH、CANL总线波形
总结
以上就是关于can总线接口异常的分析指南了,通过错误现象去分析可能原因,然后采用相应的解决方案去测试排错。如果经过以上测试,均未发现CAN总线接口异常情况,则可基本排除硬件问题,进一步分析需要进行软件层面的故障排查。ZLG致远电子作为国内总线隔离领导品牌,经过二十年的技术积累,面向工业现场CAN总线应用的推出了一系列总线隔离模块,能有效解决总线干扰、通信异常等问题。与传统的设计相比,CAN总线隔离系列产品内置完整的隔离DC-DC电路、信号隔离电路、CAN总线收发电路以及总线防护电路,具备更高的集成度与可靠性,适用于需要高稳定性CAN总线通讯的场合,能够有效帮助用户提升总线通信防护等级。
波特率支持:5k～1Mbps或40k～1Mbps;
协议支持:CAN2．0A/B、CAN FD;
节点数量:110个;
工作温度:-40～85℃或-40～105℃;
隔离电压:2500VDC或3500VDC;
符合“ISO 11898-2”国际标准;
Mini小体积或标准模块化封装;
外壳及灌封材料符合UL94 V-0标准;
具有低电磁辐射和高抗电磁干扰性。
