如何提高CAN總線(xiàn)接口防護設計的可靠性

隨著(zhù)計算機技術(shù)、通信技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，傳統的工業(yè)控制領(lǐng)域正經(jīng)歷著(zhù)一場(chǎng)前所未有的變革，而工業(yè)控制的網(wǎng)絡(luò )化，更拓展了工業(yè)控制領(lǐng)域的發(fā)展空間，帶來(lái)新的發(fā)展機遇。在廣泛的工業(yè)領(lǐng)域，CAN總線(xiàn)可作為現場(chǎng)設備級的通信總線(xiàn)，而且與其他的總線(xiàn)相比，具有很高的可靠性和性能價(jià)格比?？刂破骶钟蚓W(wǎng)總線(xiàn)(CAN，Controller Area Network)是一種用于實(shí)時(shí)應用的串行通訊協(xié)議總線(xiàn)，它可以使用雙絞線(xiàn)來(lái)傳輸信號，是世界上應用最廣泛的現場(chǎng)總線(xiàn)之一。CAN總線(xiàn)是一種多主方式的串行通訊總線(xiàn)，基本設計規范要求有高的位速率，高抗電子干擾性，并且能夠檢測出產(chǎn)生的任何錯誤。CAN總線(xiàn)可以應用于汽車(chē)電控制系統、電梯控制系統、安全監測系統、醫療儀器、紡織機械、船舶運輸等領(lǐng)域。本篇碩凱電子的FAE工程師將從以下幾大方面幫您實(shí)現CAN總線(xiàn)接口防護設計可靠性的提高。

對于提高CAN總線(xiàn)的可靠性而言，離不開(kāi)隔離、總線(xiàn)阻抗匹配、總線(xiàn)保護等，在設計CAN總線(xiàn)接口防護方案時(shí)要注意這些點(diǎn)以提高總線(xiàn)電路可靠性和安全性。

CAN總線(xiàn)的特點(diǎn)：

1、具有實(shí)時(shí)性強、傳輸距離較遠、抗電磁干擾能力強、成本低等優(yōu)點(diǎn);

2、采用雙線(xiàn)串行通信方式，檢錯能力強，可在高噪聲干擾環(huán)境中工作;

3、具有優(yōu)先權和仲裁功能，多個(gè)控制模塊通過(guò)CAN 控制器掛到CAN-bus 上，形成多主機局部網(wǎng)絡(luò );

4、可根據報文的ID決定接收或屏蔽該報文;

5、可靠的錯誤處理和檢錯機制;

6、發(fā)送的信息遭到破壞后，可自動(dòng)重發(fā);

7、節點(diǎn)在錯誤嚴重的情況下具有自動(dòng)退出總線(xiàn)的功能;

8、報文不包含源地址或目標地址，僅用標志符來(lái)指示功能信息、優(yōu)先級信息。

CAN總線(xiàn)的應用

CAN總線(xiàn)在組網(wǎng)和通信功能上的優(yōu)點(diǎn)以及其高性?xún)r(jià)比據定了它在許多領(lǐng)域有廣闊的應用前景和發(fā)展潛力。這些應用有些共同之處：CAN實(shí)際就是在現場(chǎng)起一個(gè)總線(xiàn)拓撲的計算機局域網(wǎng)的作用。不管在什么場(chǎng)合，它負擔的是任一節點(diǎn)之間的實(shí)時(shí)通信，但是它具備結構簡(jiǎn)單、高速、抗干擾、可靠、價(jià)位低等優(yōu)勢。CAN總線(xiàn)最初是為汽車(chē)的電子控制系統而設計的，目前在歐洲生產(chǎn)的汽車(chē)中CAN的應用已非常普遍，不僅如此，這項技術(shù)已推廣到火車(chē)、輪船等交通工具中。

汽車(chē)電子CAN總線(xiàn)防護方案設計思路

CAN 總線(xiàn)的數據通信具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性。由于其良好的性能及獨特的設計，CAN總線(xiàn)越來(lái)越受到人們的重視，它在汽車(chē)領(lǐng)域上的應用是最廣泛的。CAN總線(xiàn)是設計用于車(chē)內控制和監控功能的雙線(xiàn)通信總線(xiàn)。它們的線(xiàn)路有很大的可能性會(huì )暴露于瞬態(tài)浪涌，從而會(huì )導致未受保護的 CAN收發(fā)器出現故障。

為防止汽車(chē)在使用壽命期內由于數據交換錯誤而對司機造成危險，汽車(chē)的安全系統要求數據傳輸具有較高的安全性。如果數據傳輸的可靠性足夠高，或者殘留下來(lái)的數據錯誤足夠低的話(huà)，這一目標不難實(shí)現。從總線(xiàn)系統數據的角度看，可靠性可以理解為，對傳輸過(guò)程產(chǎn)生的數據錯誤的識別能力。

由于汽車(chē)啟動(dòng)瞬間或者感性負載的開(kāi)關(guān)等原因，會(huì )產(chǎn)生一個(gè)比較大的尖峰浪涌電壓，容易造成CAN控制芯片損壞，因此在線(xiàn)—線(xiàn)之間加入TVS二極管，進(jìn)行差模防護。在線(xiàn)—地之間各加入了一個(gè)TVS二極管，進(jìn)行共模防護。

汽車(chē)電子CAN總線(xiàn)防護方案說(shuō)明及注意事項

1、前端采用通流量大的GDT，泄放大電流

2、后級采用反應時(shí)間快的TVS，殘壓低，有效保護CAN控制芯片

3、中間采用PTC做退藕，讓前端GDT更容易動(dòng)作，達到泄放電流作用

4、方案需滿(mǎn)足IEC61000-4-2、GBT1762.2等靜電標準，IEC61000-4-5、GBT1762.5等浪涌標準

5、本方案在差模，共模均采用的是同型號的TVS和GDT，防護無(wú)死角

6、可通過(guò)10/700μS(等效內阻40ohm)、1.2/50-8/20μS測試，具體防護等級需參考GDT和TVS二極管的通流量。

在 CAN總線(xiàn)技術(shù)的幫助下，內部各種傳感器實(shí)現信息共享后，大大減少了車(chē)體內線(xiàn)束和控制器的接口數量，避免了過(guò)多線(xiàn)束存在的互相干涉、磨損等隱患，降低了汽車(chē)電氣系統的故障發(fā)生率。打開(kāi)發(fā)動(dòng)機艙蓋，看到的是清晰簡(jiǎn)潔的艙內布局。維修方面，CAN總線(xiàn)技術(shù)的應用也使得故障排查得到最便利的保證。CAN總線(xiàn)智能 管家系統符合歐美OBDII標準法規，實(shí)現了在線(xiàn)診斷的功能。在車(chē)輛發(fā)生故障后，各個(gè)控制器通過(guò)CAN總線(xiàn)智能管家系統存儲故障代碼，由專(zhuān)業(yè)人員，通過(guò)診斷儀為車(chē)輛診斷出各種故障狀態(tài)，快速準確地查找到故障點(diǎn)，第一時(shí)間排除故障。利用CAN總線(xiàn)技術(shù)實(shí)現系統集成的信息傳輸，大大提高了各部件的響應速度，減少了配件磨損發(fā)生率，也相應的降低了維修成本;而且，先進(jìn)集成技術(shù)的應用，也大幅提高了車(chē)輛自身的科技含量，增強了產(chǎn)品競爭力。