控制器局域网(CAN)物理层调试的基础知识和实例分析

　　控制板局域网络的定义

　　控制板局域网络是国际性上运用最普遍的计算机接口之一。CAN被设计方案做为车辆自然环境中的微处理器通信，在车截各电子器件操纵设备ECU中间互换信息内容，产生汽车电子产品操纵互联网。例如：汽车发动机智能管理系统、变速器控制板、仪表盘武器装备、电子器件主杆系统软件中，均置入CAN操纵设备。 一个由CAN 系统总线组成的单一互联网中，理论上能够 建空无数连接点。具体运用中，连接点数量受互联网硬件配置的电气设备特点所限定。比如，当应用Philips P82C250做为CAN收发器时，同一互联网中容许建空110个连接点。CAN 可出示达到1Mbit/s的数据信息传输速度，这使实时处理越来越很容易。此外，硬件配置的不正确计量检定特点也提高了CAN的抗电磁干扰能力。

　　控制板局域网络(CAN)规范持续发展趋势，正用以车截和工业生产互联网以外的很多新运用。适用它的微控制器越来越广泛且质优价廉，而且开源协议栈让其很容易浏览，另外也非常容易加上至新系统。有很多CAN板可用以BeagleBone (Capes)、Stellaris® (BoosterPacks)、Arduino (Shields)和别的微控制器软件开发平台。当设计方案工作人员的系统软件通电却不可以工作中时，应当怎么办呢?文中为您详细介绍一种对CAN物理层开展调节的不错工程项目方式。大家将详细介绍基本调节流程，并表明一个CAN物理层应该有的特性，及其找到难题的一些小窍门。

　　调节基本知识 ISO11898-2和ISO11898-5标准详细描述了髙速CAN物理层即收发器。把握CAN物理层的基本知识之后，运用简易的调节专用工具便可快速地找到疑难问题。需要的基本上试验室专用工具为示波镜、数字万用表(DMM)和一个开关电源。假如要想深入了解难题，则必须更高精密和更繁杂的专用工具。这类难题已非文中探讨的范围，可是这儿详细介绍的基本知识可协助明确难题隶属类型，及其进一步调节需要的别的专用工具。一个由 TI 拼装的CAN演试系统软件及其TI的SN65NVD255D评定控制模块(EVM)1，用以演试硬件配置。此外，大家还应用了别的一些物品，比如：CAN射频连接器外连接头电缆线和集成ic钩(把握住收发器脚位，让其联接至电缆线，以更为非常容易地联接数字示波器表针，如图所示1所显示)。

　　图1 CAN物理层调节基本上专用工具

　　联接查验 逐渐调节会话时，应用DMM确定印刷线路板(PCB)上联接如大家所预估的那般—系统软件未通电。这看起来很基本，但令人震惊的是，这一简易的方式却解决了很多简易难题。任何人都是会觉得电路原理图、合理布局和生产制造加工工艺没有问题，但悲剧的是，他们有时候却并比不上人意。子软件板部位不正确、空焊和不正确线接或是联接的电缆线，全是一些疑难问题。运用DMM电阻器设定来确定全部路线和联接均恰当。图2所显示CAN运用的简单电路原理图作为参照。

　　图2 CAN运用简单电路原理图

　　表1例举了必须查验的PCB和数据连接。收发器脚位和PCB上别的有关联接中间的电阻器应是0Ω，除非是设计方案应用表注里详细介绍的一些选择项。比如，过流保护串连电阻、系统总线线接电阻或是数据I/O的下拉或下拉电阻器。

　　表1 PCB和CAN收发器联接小结

　　系统总线线接查验 大部分CAN规范均要求应用一条单五类双绞线(有或是无屏蔽掉层)，其特性阻抗(Z0)为120Ω。应应用与路线特性阻抗同样的电阻来线接电缆线两边，以避免 数据信号反射面。线接能够 为电缆线上系统总线端单120Ω电阻，如图所示3中CAN总线左边所显示;或是，它还可以坐落于某一线接连接点内，如图所示3右边所显示。不可将线接电阻器从系统总线清除。假如CAN线接电阻器负荷不会有，则信号完整性会遭受危害，而且不能满足比特犬记时规定。假如系统总线共模电压过滤和稳压管理想化，则应用瓦解线接，如图2所显示。在该图上，每一个电阻均为60Ω，而瓦解电力电容器范畴为1 nF到100 nF，实际在于共模过滤器需要的頻率。2CANH到CANL的测出电阻器应接近45Ω到65Ω中间，以做到CAN规范、2个线接电阻的串联特性阻抗及其串联连接点输入电阻的容差。应依据很有可能遇到的极端化常见故障情况(一般 为系统软件接地装置的电源电压)来明确线接电阻的最大功率。

　　图3 典型性CAN总线

　　开关电源查验 在系统软件通电之前，应最先查验CAN收发器的一个或是好几个开关电源。依据所应用的收发器种类，VCC应是3.3V或是9V。无论您相不敢相信，在一些状况下，遗失VCC的确为难题的直接原因。因而，大家应保证VCC存有于收发器的VCC脚位上。只需查验DMM，便可确定有开关电源存有。务必留意电源短路接地装置(悲剧的是，该脚位就在VCC脚位的边上)。

　　显性基因情况(60Ω系统总线负荷时约为60mA)和潜在性情况(十米A)中间所需电流量(ICC)差约为五十米A。显性基因系统总线情况期内线接电阻器差分信号工作电压的造成必须这五十米A的电流量差，而且其随系统总线负荷转变而转变。DMM还可以用在电流量方式下，以认证预估ICC开关电源电流量。因为CAN的电源开关特性，DMM测出的电流量伪均值读赋值。

　　提议当地旁路电容器最少应是4.7µF，以保证系统总线情况变换期内有充足的开关电源缓存。不然，收发器的闯进电流量很有可能会造成显著的工作电压开关电源谐波失真。我们可以应用一个数字示波器来认证电源电压是平稳，或是伴随着系统总线情况转变而转变。变换期内，最好是不必让收发器“挨饿”。收发器遭受其过流保护的维护，可是，当收发器尝试驱动器系统总线至显性基因情况时，假如在其中一条系统总线短路故障至开关电源或是接地装置，则开关电源电流量极高。假如电压调节器没法出示这么多的电流量，则工作电压脉冲信号降至收发器规格型号范畴下列，乃至很有可能会低至开启收发器的欠压保护锁住情况。

　　CAN物理层基本知识 一旦进行全部基本查验，就可以查验CAN物理层的关键CAN总线了。收发器的2个重要部件就是信号接收器和信号发射器。信号发射器称之为CAN的控制器。根据VCC/2共模点(约2.9V)对CAN物理层参考点，见图4。

　　图4 简单CAN总线收发器

　　发收器将单端数字逻辑数据信号、TXD(或是D)和RXD(或是R)变换为差分信号CAN总线所规定的脉冲信号。当系统总线为显性基因时，在接受连接点，其CAN规范界定的差分信号工作电压(Vdiff(D))超过1.2V，而且处在逻辑性低情况。当系统总线为潜在性时，在接受连接点，其CAN规范界定的差分信号工作电压(Vdiff(R))为-120MV≤(Vdiff(R))≤ 12 mV，而且处在逻辑高情况。二种系统总线情况均根据收发器内共模互联网参考点。图5表明了典型性的系统总线等级。

　　图5 CAN总线情况 对系统总线开展调节时，更为有效的专用工具之一就是数字示波器。虽然多通道数字示波器便可见到数据信号，但最好是或是用双或是四通道。理想化状况下，可另外见到TXD、RXD、CANH和CANL，以保证收发器和系统总线特性如预估。开展第一次调节时，只需一个低网络带宽数字示波器，由于规范CAN被限制在1Mbps。(在很近的未来，在引进有着灵便数据速率的CAN之后，这类状况将有一定的更改。)假如该连接点正传送数据比特流，则可在TXD键入端见到键入数据信息。差分信号CAN总线脚位(CANH/CANL)存有传送延迟时间，另外还存有RXD輸出传送延迟时间。在CAN中，这种延迟时间均为循环系统時间，换句话说循环系统延迟时间。假如该连接点已经接受，则TXD闲置不用;可是系统总线和RXD輸出会表明CAN帧。

　　为了更好地演试基本CAN总线工作情况，图6表明了一个数字示波器，它有着2个仿真模拟安全通道和2个数据安全通道，及其一个函数生成器。CAN总线由2个SN65HVD255D EVM构成，每一个在系统总线上的线接电阻器均为120Ω。数字示波器函数生成器联接至顶端EVM的TXD键入脚位。图7中，数据安全通道1表明了CANH数据信号(深蓝色);仿真模拟安全通道2表明了CANL数据信号(淡黄色);数据安全通道2表明了RXD数据信号(翠绿色)。虽然该数字示波器的精准度很低，但这一简易的测试表明，该CAN物理层的主要表现在整体上合乎大家的预估。

　　图6 2个EVM的CAN总线调节

　　图7 TI CAN EVM数据信号 图8表明了该数字示波器和用以调节TI CAN演试系统软件的探头设备。该连接点应用菊形链，并应用CANopen® D-SUB 9针射频连接器。一个系统总线外连接头射频连接器坐落于图8左上角。运用它，我们可以轻轻松松地联接模拟示波器探头至CAN总线的CANH和CANL脚位及其GND。因为探头过大，没法把握住正中间CAN连接点的TXD和RXD IC脚位，因而可根据联接至探头的集成ic钩和一小段电缆线，将这种脚位联接至数字示波器的数据安全通道。另一种方式是，给每一个收发器电焊焊接一小段线，那样数字示波器探头便可更非常容易地联接。

　　图8 TI CAN演试系统软件调节

　　图9表明了数字示波器得到的CAN数据信号具体情况。虽然这种数据信号的屏幕分辨率和精密度均不高，但他们能够 协助明确必须掌握CAN连接点工作中的这些信息内容。正中间连接点的TXD开启了数字示波器;CANH和CANL数据信号差别合乎预估;在CAN架构端可清晰地见到坡度分工作电压的接到确定(ACK)位。该髙压为另外并行处理造成ACK位的好几个CAN连接点的結果。轻轻松松找到ACK位的另一个方式是其存有于RXD数据信号中并非TXD数据信号中，这代表着它由另一些连接点造成。

　　图9 TI CAN演试系统软件的数据信号

　　CAN调节事例 图10表明了一个CAN演试系统软件，在PCB右侧，联接至菊形链輸出的CANH路线被毁坏。发生这类状况的缘故是，系统软件后边的一个固定不动地脚螺栓磨擦PCB，而在两年的時间里该系统软件被运送至世界各国。当系统软件根据菊形链系统总线插口联接至别的CAN连接点时，便常见故障没法工作中。

　　图10 含有毁坏CANH路线的CAN演试系统软件 图11所显示CANH数据信号说明了该毁坏PCB路线的实际效果。此外，DMM持续性查验也可证实该引路。

　　图11 PCB上CANH路线遭毁坏的TI CAN数据信号 图11还突显详尽表明了CAN帧的另一个关键一部分，即ACK位。数字示波器应用单一方式，在某一单比特犬发觉触发器原理时，其在左手连接点的TXD脚位上被开启。该单比特犬为这一连接点造成的ACK位，目地是确定接受到一个合理的CAN帧。全部接受连接点确定接到推送连接点的CAN帧。对比在TXD上见到的推送ACK位，系统总线上所见到的ACK位的位時间稍长。它是另外推送ACK位的好几个连接点的错觉。危害这类长位時间的一些要素包含：根据电缆线的5ns/m延迟时间、三个CAN连接点中间的数字时钟记时飘移及其另外推送一个ACK位的2个连接点所造成的坡度分工作电压。假如这种要素使ACK位(空挡)越来越更长，并在ACK分节符内维持显性基因，则其很有可能造成CAN差值帧。

　　CAN总线调节的另一个事例是，在某一系统软件中，仅有十分慢的CAN数据速率(比特犬记时)才会起功效。把一个数字示波器联接至TXD脚位，在TXD键入端表明出十分慢的增益值，如图所示12所显示。1Mbps的CAN数据速率下，9.6µs记时延迟时间等同于10比特犬。它的直接原因是：大家正应用一个具备引路漏极的微控制器来驱动器收发器的TXD脚位。在这类状况下，沒有真真正正的逻辑性上拉电阻驱动器。仅有CAN收发器的弱內部上拉正驱动器TXD脚位高，因而它的RC時间变量定义十分长。根据在TXD脚位上加上一个上拉电阻器，便可轻轻松松处理这个问题。

　　图12 TXD脚位上慢增益值事例

　　之上便是文中详细介绍的用具体事例剖析CAN物理层基本和调节的整个过程，有文图讲解应当非常容易了解了哦，设计方案工作人员应当能够 立刻让其CAN系统软件一切正常运作了。感谢阅读文章。期待能帮上大伙儿。