如何解決CAN總線(xiàn)超強干擾？

前段時(shí)間有個(gè)用戶(hù)反饋說(shuō)自己的設備啟動(dòng)后多個(gè)節點(diǎn)處于失控狀態(tài)，用CANScope測試全是錯誤幀如圖1所示。

隨后讓客戶(hù)把測試的波形發(fā)來(lái)一看，是環(huán)境干擾惹的禍，如圖2所示。

這種強干擾導致了幀錯誤增加，重發(fā)頻繁，正確數據無(wú)法及時(shí)到達。所以如何解決CAN總線(xiàn)超強干擾呢，下面給您介紹一種方案。

圖1   強干擾下的報文

一、  將CAN轉為光纖傳輸

怎么能徹底解決強干擾帶來(lái)的隱患呢？只要數據的傳輸不依賴(lài)電信號就能完全隔離掉干擾。光纖作為一種無(wú)法被電磁干擾的傳輸介質(zhì)，我們可以把 CAN 容易受到干擾的部分使用光信號傳輸，增加CAN轉光纖轉換器。如圖3所示，為使用致遠電子的三臺CANSwitch-AF2S2組合的光纖主干網(wǎng)絡(luò )。

實(shí)現上面的光纖傳輸使用的是CANSwitch-AF2S2集線(xiàn)器（Hub）功能，在此模式下的設備可以實(shí)現自組網(wǎng)，實(shí)現設備級聯(lián)，只要通過(guò)軟件配置好設備，CAN 總線(xiàn)就會(huì )按照規定進(jìn)行轉發(fā)到相應 CAN 口上。下面再介紹它的另一種功能——轉換器（Converter）功能。

Converter（轉換器）功能支持TCP Sever/TCP Client/UDP工作方式和靈活的拓撲結構，通過(guò)配置軟件用戶(hù)可以靈活的設定相關(guān)配置參數。典型應用如下：

圖2   強干擾下的波形

l   TCP Server  模式

在 TCP 服務(wù)器（TCP Server）模式下，CANSwitch-AF2S2 不會(huì )主動(dòng)與其它設備連接。它始終等待客戶(hù)端（TCP Client）的連接，在與客戶(hù)端建立 TCP 連接后即可進(jìn)行雙向數據通信。建立通訊的過(guò)程如圖4所示。

圖3   使用光纖轉換器實(shí)現光纖主干傳輸

l   TCP Client   模式

在 TCP 客戶(hù)端（TCP Client）模式下，CANSwitch-AF2S2 將主動(dòng)與預先設定好的 TCP服務(wù)器連接。如果連接不成功，客戶(hù)端將會(huì )根據設置的連接條件不斷嘗試與 TCP 服務(wù)器建立連接。在與 TCP 服務(wù)器端建立 TCP 連接后即可進(jìn)行雙向數據通信。建立通訊的過(guò)程如圖5所示。

圖4 TCP Sever 模式通訊示意圖

l   UDP模式

UDP 模式使用 UDP 協(xié)議進(jìn)行數據通信。UDP 是一種不基于連接的通信方式，它不能保證發(fā)往目標主機的數據包被正確接收，所以在對可靠性要求較高的場(chǎng)合需要通過(guò)上層的通信協(xié)議來(lái)保證數據正確，但UDP 方式可以提供比 TCP 方式更高的通信速度，以保證數據包的實(shí)時(shí)性。工作在這種方式下的設備，地位都是相等的，不存在服務(wù)器和客戶(hù)端。通訊的過(guò)程如圖6所示。

圖5   TCP Clinet 模式通訊示意圖

二、 一些硬件抗干擾的隔離與防護措施

圖6 UDP 模式通訊示意圖

1． 使用TVS二極管

TVS二極管并聯(lián)在信號線(xiàn)和信號地線(xiàn)之間，用來(lái)保護電纜受到雷擊或靜電放電時(shí)產(chǎn)生的浪涌高壓。當 TVS 上的電壓超過(guò)一定的幅度時(shí)，器件迅速導通，從而將浪涌能量泄放掉，并將電壓的幅度限制在一定的范圍內。在這里建議在 CANH、CANL信號線(xiàn)上使用兩個(gè) TVS管進(jìn)行雙向保護，如下圖所示。

圖7  TVS二極管防護

2． 使用隔離收發(fā)器

如下圖所示的CTM1051(A)HP模塊內部集成高可靠的浪涌防護電路，靜電放電抗擾度高達8kV，雷擊浪涌抗擾度高達4kV，可有效解決工業(yè)現場(chǎng)因靜電、浪涌干擾而導致的通訊異常問(wèn)題。

圖8  隔離收發(fā)器

3． 信號保護器

外接專(zhuān)用的信號保護器消除干擾，如 ZF-12Y2 消耗干擾強度或者是CANbridge+ 網(wǎng)橋做隔離。

圖9    ZF系列防雷器