想了解容錯CAN？這篇文讓你讀懂

CAN-bus家族中有三大成員，分別是高速CAN、容錯CAN、單線(xiàn)CAN。其中容錯CAN又叫低速CAN，它與最常用的高速CAN有什么異同呢?這里將與大家分享下對容錯CAN的認識。

一、容錯CAN的起源

1986年Bosch在SAE(汽車(chē)工程人員協(xié)會(huì ))大會(huì )上提出CAN總線(xiàn)概念，CAN總線(xiàn)率先在汽車(chē)電子行業(yè)孕育。隨后的1987年Intel推出第一片CAN控制器芯片82526，由此點(diǎn)亮CAN總線(xiàn)發(fā)展的星星之火。六年之后CAN國際標準ISO11898/ISO11519發(fā)布，CAN總線(xiàn)在通信領(lǐng)域的燎原之勢由此展開(kāi)。

圖1 CAN總線(xiàn)應用行業(yè)

ISO11898是高速CAN的標準，ISO11519是低速CAN的標準。起初，高速CAN數據鏈路層和物理層都在標準ISO11898中規定，后來(lái)被拆分為ISO11898-1(僅涉及數據鏈路層)和ISO11898-2(僅涉及物理層)。其中標準ISO 11519-2-1994已經(jīng)在2006年被ISO 11898-3-2006代替了,也就是說(shuō)符合標準ISO 11898-3的產(chǎn)品也是支持符合ISO 11519-2標準的產(chǎn)品。

圖2 CAN標準發(fā)展歷程

二、容錯CAN與高速CAN的異同

與高速CAN一樣，容錯CAN也是使用使用差分雙絞線(xiàn)傳輸，包含CAN_H、CAN_L、GND三根線(xiàn)，在嚴格的工業(yè)應用場(chǎng)合同樣要求使用專(zhuān)用的屏蔽雙絞線(xiàn)并加必要的防護電路。如圖3，以OSI 7層通信模型為例，其實(shí)CAN總線(xiàn)標準規范了部分物理層、傳輸層及全部數據鏈路層規則，而應用層、表示層、會(huì )話(huà)層、網(wǎng)絡(luò )層未做任何規范。高速CAN與容錯CAN在數據鏈路層內容是相同的，因此它們在位傳輸時(shí)序、位仲裁、錯誤、校驗、幀結構等是沒(méi)有區別的。

圖3 容錯CAN與高速CAN標準化部分

不同點(diǎn)在物理層的定義，圖4是ISO11898與ISO11519-2電信號數據對比。從圖中可以看到，高速CAN最大通信速率為1Mbps，容錯CAN最大通信速率為125Kbps，且在理論連接節點(diǎn)數方面高速CAN要大于容錯CAN。兩者在物理層最大的差別在于CAN_H、CAN_L顯隱性時(shí)的電平值。因此容錯CAN與標準的高速CAN設備之間不能直接通信，必須要加入CANBridge1054轉接板。

圖4 容錯CAN與高速CAN電信號數據對比

三、容錯CAN的優(yōu)缺點(diǎn)

雖然容錯CAN通信速率低、承載節點(diǎn)數少，但容錯CAN有它無(wú)可替代的優(yōu)勢。根據圖4中的電平信號數據，我們繪制出兩者正常工作時(shí)的信號波形。從圖 5可以看出CAN_H、CAN_L的電平在顯隱性變化時(shí)變化高達2.25V，而高速CAN電平變化僅為1V，這也就意味著(zhù)容錯CAN比高速CAN有更高的抗干擾性。

圖5 容錯CAN與高速CAN信號波形對比

除此之外，容錯CAN能在CAN_H或CAN_L出現短路、斷路時(shí)保證通信正常。容錯CAN收發(fā)器會(huì )自動(dòng)識別總線(xiàn)狀態(tài)，根據總線(xiàn)狀態(tài)調整接收器的接收模式，這也算是“容錯CAN”名稱(chēng)的由來(lái)。圖6是容錯CAN收發(fā)器在不同情況下收發(fā)狀態(tài)的調整情況。

圖6 容錯CAN多模式工作狀態(tài)

注1：75μA下拉電流源功能 注2: 75μA上拉電流源功能

四、容錯CAN應用電路

圖7為經(jīng)典的CTM1054T容錯CAN收發(fā)模塊為例，它采用灌封工藝并具有極低的電磁輻射和高抗電磁干擾特性。完全符合ISO 11898-3標準，單網(wǎng)絡(luò )最大節點(diǎn)數達到32個(gè)。

圖7 容錯CAN收發(fā)模塊CTM1054T

容錯CAN節點(diǎn)電路設計與常見(jiàn)的高速CAN節點(diǎn)設計不同，需要注意的是終端電阻的接法。一般場(chǎng)合下，模塊接上電源，端口和 CAN 控制器及 CAN 網(wǎng)絡(luò )總線(xiàn)連接， RTH、 RTL 分別連接終端電阻至 CANH、CANL，如圖8。

圖8 經(jīng)典容錯CAN節點(diǎn)電路設計

單個(gè)CAN-bus典型網(wǎng)絡(luò )如圖9，單總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )最長(cháng)通訊距離 1km。如果需要接入更多節點(diǎn)或更長(cháng)通訊距離時(shí)，可通過(guò) CAN 中繼器等設備擴展。

容錯 CAN 收發(fā)器在總的終端電阻為 100Ω 時(shí)， 有最優(yōu)的系統性能。容錯CAN總線(xiàn)終端電阻配置時(shí)先確定整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的節點(diǎn)數，每個(gè)收發(fā)器都提供總 100Ω 終端的一部分，并不要求每個(gè)收發(fā)器都有相同的終端電阻，但總的終端應該是 100Ω。比如總線(xiàn)中有5個(gè)容錯CAN節點(diǎn)，接到網(wǎng)絡(luò )上的10個(gè)電阻阻值均應為500Ω;若總線(xiàn)中有10個(gè)容錯CAN節點(diǎn)，接到網(wǎng)絡(luò )上的20個(gè)電阻阻值均應為1000Ω。由于容錯CAN終端電阻配置的這種特殊性，只要節點(diǎn)數確定，可根據需求隨意使用星形、樹(shù)形等總線(xiàn)拓撲。

圖9 容錯CAN總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )拓撲

容錯CAN在非常適合應用在低速、高可靠性的工業(yè)場(chǎng)合，當節點(diǎn)數固定時(shí)，它能適應多種復雜總線(xiàn)拓撲。