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幾個小步驟教你如何有效提高CAN總線抗干擾能力

電子工程師 ? 來源:ZLG致遠(yuǎn)電子 ? 作者:ZLG致遠(yuǎn)電子 ? 2021-04-05 06:53 ? 次閱讀

CAN總線由其高可靠和實時性被廣泛應(yīng)用于新能源汽車、軌道交通、醫(yī)療、工程機械等行業(yè),但是由于大部分行業(yè)工作環(huán)境都比較惡劣,所以提高總線抗干擾能力是目前行業(yè)用戶最為關(guān)注的方向。

常見CAN總線干擾現(xiàn)象

如下為一條流水線有兩路CAN總線,一條總線有22個控制節(jié)點,每當(dāng)啟動工作時就會出現(xiàn)嚴(yán)重的失控狀態(tài),流水線都是通過電機驅(qū)動的。在使用CANScope測試發(fā)現(xiàn),在未啟動電機情況下,幀統(tǒng)計結(jié)果顯示100%成功率,如圖1所示。

圖1 正常工作幀統(tǒng)計

此時CAN波形圖如圖2所示。

圖2 正常波形

然而當(dāng)電機啟動之后,CAN總線質(zhì)量急劇下滑,使用CANScope幀統(tǒng)計結(jié)果顯示成功率僅僅為16.33%,如圖3所示。

圖3 干擾時幀統(tǒng)計

此時的CAN波形圖如圖4所示,可見干擾導(dǎo)致波形嚴(yán)重畸變。

圖4 干擾時波形

干擾導(dǎo)致幀錯誤增加,重發(fā)頻繁,正確數(shù)據(jù)不能及時到達。所以如何解決干擾帶來的困擾呢,下面就為大家介紹CAN總線抗干擾的六大解決方案。

一、增加CAN接口電氣隔離

干擾不但影響信號,更嚴(yán)重的會導(dǎo)致板子死機或者燒毀,所以接口和電源的隔離是抗干擾的第一步。隔離的主要目的是:避免地回流燒毀電路板和限制干擾的幅度。未隔離時,兩個節(jié)點的地電位不一致,導(dǎo)致有回流電流,產(chǎn)生共模信號,CAN的抗共模干擾能力是-12~7V,超過這個差值則出現(xiàn)錯誤,如果共模差超過±36V,燒毀收發(fā)器或者電路板。

傳統(tǒng)用戶都采用分立器件自己搭建隔離電路的方式,如今大家更青睞使用隔離收發(fā)器做防護隔離。如圖所示的CTM系列隔離收發(fā)器的總線隔離技術(shù),與傳統(tǒng)分立器件方案相比,產(chǎn)品具備更高的集成度與可靠性,能夠有效提升總線通信防護等級,極大程度降低用戶的采購與生產(chǎn)成本,大幅縮短開發(fā)周期。增加CTM隔離模塊后,如圖5所示。隔絕了地回流,限制了干擾幅度。

圖5 CAN接口電氣隔離

二、共收發(fā)器的信號地

共CAN收發(fā)器的信號地,并且CAN使用三線制信號傳輸。可以有效抑制共模干擾。注意圖6中屏蔽層為近距離外殼等電勢的情況下的接線方法。

圖6 CAN信號共地

三、CAN線保證屏蔽效果與正確接地

帶屏蔽層的CAN線,可以良好地抵御電場的干擾,等于整個屏蔽層是一個等勢體,避免CAN導(dǎo)線受到干擾。如圖所示,為一個標(biāo)準(zhǔn)的屏蔽雙絞線,CANH和CANL通過鋁箔和無氧銅絲屏蔽網(wǎng)包裹。需要注意的是和與接插件的連接,在連接部分允許有短于25mm的電纜不用雙絞。

圖7 屏蔽雙絞線使用屏蔽線后,在屏蔽層沒有良好接大地前,屏蔽線是不起作用的。所以我們要選擇一種接地方式。這里有三種外殼接地法:屏蔽層單點接地、屏蔽層分段屏蔽法、多點接地可以加快高頻干擾信號的泄放。在CAN的應(yīng)用場合,由于距離一般都較遠(yuǎn),所以大部分采用屏蔽層單點接地的原則,在干線上找一點將屏蔽層用導(dǎo)線直接接地,該點應(yīng)是所受干擾最小的點,同時該點位于網(wǎng)絡(luò)中心附近。

圖8 屏蔽層分段屏蔽法

四、提高CAN線雙絞程度

CAN總線為了提高抗干擾能力,采用CANH和CANL差分傳輸,達到效果就是遇到干擾后,可以“同上同下”,最后CANH-CANL的差分值保持不變。如圖9所示。

圖9 差分干擾示意

CANH和CANL要緊密地絞在一起,通常雙絞線只有33絞/米,而在強干擾場合,雙絞程度要到45-55絞/米才能達到較好的抗干擾效果。另外線纜的芯截面積要大于0.35~0.5mm2,CAN_H對CAN_L的線間電容小于75pF/m,如果采用屏蔽雙絞線,CAN_H(或CAN_L)對屏蔽層的電容小于110pF/m。可以更好地降低線纜阻抗,從而降低干擾時抖動電壓的幅度。

五、增加信號保護器

增加信號保護器,提高抗浪涌群脈沖等EMC能力。上面的隔離只是阻擋,如果干擾強度很高,比如達到2KV浪涌,隔離也會被破壞。所以要想達到更高的防護等級,必須增加防浪涌電路。如圖10所示,為ZLG致遠(yuǎn)電子高速總線標(biāo)準(zhǔn)防浪涌保護電路

圖10 信號保護電路

六、CAN轉(zhuǎn)光纖傳輸

增加CAN轉(zhuǎn)光纖轉(zhuǎn)換器。解決超強干擾(比如遠(yuǎn)程激光與電磁脈沖發(fā)射裝置)與雷擊問題,光纖是一種無法被電磁干擾的傳輸介質(zhì),如圖11所示,為使用ZLG致遠(yuǎn)電子的CANHub-AF1S1和CANHub-AF2S2組合的光纖主干網(wǎng)絡(luò)。

圖11 光纖傳輸

編輯:jq

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