如何搭建可靠的汽車(chē)CAN網(wǎng)絡(luò )？

　　廣州金升陽(yáng)科技有限公司摘 要：將從CAN總線(xiàn)在汽車(chē)上的應用與設計，給出可靠的汽車(chē)CAN總線(xiàn)解決方案。

　　關(guān)鍵詞：CAN；汽車(chē)；可靠

　　1 汽車(chē)總線(xiàn)系統架構

　　市場(chǎng)調查表明，現如今大部分乘用車(chē)都選用基于CAN的網(wǎng)絡(luò )，已占據整個(gè)汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )協(xié)議的63%以上。目前汽車(chē)上各種基于CAN的網(wǎng)絡(luò )通過(guò)網(wǎng)關(guān)連接在一起（如圖1）。未來(lái)，汽車(chē)的儀表盤(pán)將會(huì )是一個(gè)局部CAN網(wǎng)絡(luò )，同時(shí)也兼顧網(wǎng)關(guān)的功能。

　　高速CAN網(wǎng)絡(luò )主要用于動(dòng)力系統的通信，傳輸速率在125 kb/s~1 Mb/s 之間，實(shí)現網(wǎng)絡(luò )通訊可以使用滿(mǎn)足ISO11898-1、ISO11898-2的CAN模塊收發(fā)器。

　　與此同時(shí)，汽車(chē)制造商還會(huì )利用CAN的多路系統連接車(chē)身電子控制單元（ECU）來(lái)構建車(chē)身網(wǎng)絡(luò )的低速子網(wǎng)，速率一般小于125 kb/s。

　　2 物理鏈路設計

　　CAN總線(xiàn)的物理連接如圖2所示，總線(xiàn)兩端均串聯(lián)1個(gè)負載電阻RL，用來(lái)抑制信號反射，作為系統終端來(lái)使用。

　　物理鏈路的設計往往決定傳輸信號的質(zhì)量、誤碼率，標準化的電氣特性可以減少這些問(wèn)題的出現。物理介質(zhì)/連接器設計推薦如表1。

　　3 收發(fā)器可靠性設計

　　媒體相關(guān)接口（CAN收發(fā)器）是協(xié)議控制器與物理傳輸線(xiàn)路之間的接口，直接連接傳輸總線(xiàn)側與控制器側，承擔總線(xiàn)側惡劣的環(huán)境/干擾，保護控制側正常運作，收發(fā)器的可靠性設計就變得尤為重要。收發(fā)器的高總線(xiàn)系統可靠性設計主要體現在以下幾點(diǎn)。

　　● 高隔離耐壓設計：當總線(xiàn)側與控制側存在1個(gè)極高的干擾電壓時(shí)，保護控制側不受影響。

　　● 總線(xiàn)電壓保護設計：需要保證總線(xiàn)共模電壓升高或短路時(shí)不受影響。

　　● 高ESD防護設計：在安裝或維修過(guò)程中，接觸到的地方可能會(huì )產(chǎn)生高電壓、低能量的靜電破壞，整機/模塊需要有抵御 該破壞的能力。

　　● 短路故障保護設計：要求在總線(xiàn)短路（包括對地短路與差分線(xiàn)短路）60 s后，整機能回復正常，這要求收發(fā)器具備輸出短路保護的功能。

　　● 高工作溫度環(huán)境設計：汽車(chē)上各部分溫度差異很大，其中壓縮機出氣口的溫度可達到140~150 ℃，如果汽車(chē)運行在北方國家或高原地區，溫度可低至-20 ℃。這要求整個(gè)汽車(chē)模塊有足夠寬的溫度工作范圍。

　　● 環(huán)境可靠性設計：滿(mǎn)足汽車(chē)的可靠性試驗標準，需要滿(mǎn)足的基本試驗有：溫度循環(huán)，溫/濕度綜合試驗，高溫工作壽命，機械沖擊與跌落，鹽霧試驗。為降低整機測試風(fēng)險，推薦選取本身通過(guò)AEC-Q100試驗，并按IATF16949管控的汽車(chē)級CAN收發(fā)器產(chǎn)品。

　　4 收發(fā)模塊 EMC 解決方案

　　應用于汽車(chē)上的零部件EMC標準為CISPR25，而CISPR25規定的EMI性能比工業(yè)級CISPR32 規定的要求嚴格很多，這導致汽車(chē)產(chǎn)品的EMI問(wèn)題都很難解決，最終導致開(kāi)發(fā)項目周期延長(cháng)。那么如何優(yōu)化整體系統EMI性能呢？

　　● 對易干擾/受擾器件進(jìn)行屏蔽及保護。在整個(gè)汽車(chē)系統內提供1個(gè)參考地平面，將所有屏蔽外殼與保護外圍接至地平面，能有效地抑制EMI干擾。

　　● 保護信號，CAN信號電纜走線(xiàn)要求遠離其他強干擾源，如電源模塊等，同時(shí)使用屏蔽雙絞線(xiàn)。

　　● 設計外圍的原則是提供低阻抗的回路。如圖3，無(wú)論是優(yōu)化EMI還是保護內部的EMS性能，選擇合適大小的濾波電容，對應在特定的頻率點(diǎn)有最低的交流阻抗，減小高頻回路，是優(yōu)化EMI的根本措施。

　　● 汽車(chē)系統內部走線(xiàn)精簡(jiǎn)，環(huán)路減小，避免直角走線(xiàn)。

　　5 典型應用電源解決方案

　　汽車(chē)車(chē)門(mén)控制單元的電源解決方案示意圖如圖4。

　　6 小結

　　目前，所有的制造商都在汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )化控制上投入大量的資源，廠(chǎng)商及消費者也從汽車(chē)網(wǎng)絡(luò )化的廣泛應用中獲取實(shí)際的利益。不過(guò)，汽車(chē)各零部件要有優(yōu)秀的可靠性及EMC性能，才能源源不斷的產(chǎn)生利益。金升陽(yáng)具備多種可靠性試驗室，將持續為汽車(chē)行業(yè)提供汽車(chē)零部件及汽車(chē)電源/收發(fā)器解決方案，簡(jiǎn)化客戶(hù)的汽車(chē)開(kāi)發(fā)/測試周期，綜合提升系統的穩定性、安全性、可靠性。

　?。ㄗⅲ罕疚膩?lái)源于科技期刊《電子產(chǎn)品世界》2020年第07期。）