如何保證CAN網(wǎng)絡(luò )中通訊的可靠性和節點(diǎn)數

　　在CAN-bus電路設計中，理論上收發(fā)器支持節點(diǎn)數最多可做到110個(gè)，但實(shí)際應用中往往達不到這個(gè)數量。這里我們談?wù)勅绾瓮ㄟ^(guò)合理的CAN-bus總線(xiàn)設計，保證CAN網(wǎng)絡(luò )中的通訊的可靠性和節點(diǎn)數量。

　　1.影響CAN總線(xiàn)節點(diǎn)數的因素

　　影響總線(xiàn)節點(diǎn)數的因素有多種，本文我們從滿(mǎn)足接收節點(diǎn)的差分電壓幅值方面來(lái)討論，只有滿(mǎn)足了這個(gè)前提條件，我們才能考慮總線(xiàn)的其他因素如寄生電容、寄生電感對信號的影響。

　　1)發(fā)送節點(diǎn)的CAN接口負載

　　為何考慮CAN接口負載?

　　CAN接口負載即為CANH、CANL之間的有效電阻值大小，該電阻會(huì )影響發(fā)送節點(diǎn)輸出的差分電壓的幅值，組網(wǎng)后網(wǎng)絡(luò )中各個(gè)節點(diǎn)的負載電阻 RL接近，如圖 1我們測試了CTM1051M小體積CAN隔離模塊在不同負載下的輸出差分電壓幅值。

　　圖 1 不同負載下的差分電壓

　　在負載電阻由45Ω不斷增大到66Ω時(shí)，節點(diǎn)的輸出差分電壓也隨著(zhù)由1.84V增大到2.16V，兩者近似線(xiàn)性關(guān)系。為了使發(fā)送節點(diǎn)的輸出差分電壓不至于過(guò)低，實(shí)際組網(wǎng)時(shí)負載電阻應在圖 1測試的范圍內波動(dòng)。我們分析RL的組成有3個(gè)：終端電阻、總線(xiàn)節點(diǎn)的差分輸入電阻、總線(xiàn)本身的有效電阻。

　　終端電阻：總線(xiàn)兩端均需要增加終端電阻，當總線(xiàn)距離長(cháng)時(shí)，總線(xiàn)有效電阻大，損耗大，可以適當增加終端電阻值以減小總線(xiàn)有效電阻的損耗，如150Ω~300Ω。

　　差分輸入電阻：ISO 11898中規定的收發(fā)器差分輸入電阻范圍為10kΩ~100kΩ之間，CTM1051M系列收發(fā)器的差分輸入電阻為19kΩ~52kΩ，其典型值為30 kΩ，如果我們以最多節點(diǎn)組網(wǎng)，按典型值考慮，則整個(gè)總線(xiàn)的差分輸入電阻會(huì )達到30 kΩ/110=273Ω，與終端電阻并聯(lián)時(shí)會(huì )顯著(zhù)增加節點(diǎn)的負載。

　　總線(xiàn)有效電阻：使用較小截面積的雙絞線(xiàn)，其有效電阻達到幾十歐姆，長(cháng)距離通信，總線(xiàn)對差分信號的影響會(huì )很大，如常用的RVS非屏蔽雙絞線(xiàn)的電阻從8.0Ω/km到39.0Ω/km不等。嚴重時(shí)會(huì )使接收點(diǎn)的電平達不到識別范圍。

　　差分電壓除負載電阻的影響外，還會(huì )受到供電電壓的影響，如圖 2我們測試了CTM1051M模塊在不同電壓，不同負載下的差分電壓幅值，可以看到電源電壓升高0.5V，差分電壓幅值會(huì )升高約0.3V。

　　圖 2 不同供電電壓下的差分電壓

　　2)接收節點(diǎn)的識別電平

　　接收節點(diǎn)有一定的電平識別范圍，CTM1051M的CAN接口典型參數如表 1所示。節點(diǎn)輸入顯性電平應大于0.9V。ISO 11898中，總線(xiàn)上的任意點(diǎn)的最小電平應大于1.2V，組網(wǎng)時(shí)我們應使差分電壓大于此值。

　　表 1 CAN接口典型參數

　　2.實(shí)際組網(wǎng)分析

　　目前收發(fā)器的最大組網(wǎng)節點(diǎn)數為110個(gè)，組網(wǎng)時(shí)我們考慮以上的電阻參數，確?？偩€(xiàn)上的差分電壓在合理的范圍內即可。

　　圖 3為CTM1051M推薦的組網(wǎng)拓撲，我們要考慮總線(xiàn)電阻，終端電阻，發(fā)送點(diǎn)，接收點(diǎn)電壓參數。畫(huà)出其等效電路如圖 4所示。

　　圖 3 CTM1051M推薦組網(wǎng)

　　圖 4 CTM1051M組網(wǎng)等效電路

　　根據等效電路，我們可以調整的參數有終端電阻RT、發(fā)送節點(diǎn)電壓VOUT、總線(xiàn)有效電阻RW。

　　圖 4中，各節點(diǎn)的RW、RIN難以準確確定，組網(wǎng)時(shí)以公式計算較為繁瑣，簡(jiǎn)便的方法便是測量總線(xiàn)兩端的節點(diǎn)電壓。如網(wǎng)絡(luò )的總線(xiàn)電阻過(guò)大時(shí)，節點(diǎn)1到節點(diǎn)n總線(xiàn)對信號的損耗會(huì )很大，當節點(diǎn)n接收的差分電壓低于1.2V時(shí)，需要增大終端電阻。

　　在使用浪涌抑制器的場(chǎng)合，比如在圖 4的節點(diǎn)1和節點(diǎn)2之間增加SP00S12信號浪涌抑制器，其直流等效電阻為9.5Ω，可以將其等效為總線(xiàn)的有效電阻，當節點(diǎn)1收到的電壓過(guò)低時(shí)可通過(guò)減小總線(xiàn)有效電阻，提高節點(diǎn)1處的終端電阻來(lái)彌補浪涌抑制器帶來(lái)的損耗。

　　3.總結

　　無(wú)論總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )長(cháng)短，網(wǎng)絡(luò )兩端都需要加終端電阻;

　　通訊距離長(cháng)時(shí)，適當增加終端電阻值，減少總線(xiàn)電阻對信號的衰減，如150Ω~300Ω;

　　有強烈干擾的場(chǎng)合使用屏蔽雙絞線(xiàn)，屏蔽層單點(diǎn)接大地;

　　收發(fā)器CAN接口輸出的差分電平會(huì )隨著(zhù)供電電壓的變化而變化，應確保供電電壓在手冊規定范圍內。

　　4.新一代高可靠性CAN-bus隔離收發(fā)器模塊

　　在戶(hù)外或其他復雜的工業(yè)現場(chǎng)環(huán)境，除了要使用CAN總線(xiàn)隔離收發(fā)器進(jìn)行信號隔離傳輸，還需要考慮如何避免雷擊、浪涌、過(guò)壓等有害信號對信號傳輸系統的影響。針對這類(lèi)惡劣的應用環(huán)境，致遠電子推出新一代高防護等級隔離CAN收發(fā)器CTM1051HP，在普通的隔離收發(fā)器基礎上集合了總線(xiàn)保護器的功能，可有效避免雷擊、浪涌、過(guò)壓對CAN總線(xiàn)產(chǎn)生的影響，大大加強總線(xiàn)的可靠性。且CTM1051HP與常規CAN隔離收發(fā)器相比體積不變，可廣泛應用于各類(lèi)高體積要求或緊湊型產(chǎn)品中，亦可作為現有CAN隔離收發(fā)電路的優(yōu)化方案。