資料介紹
在CAN-bus電路設計中,理論上收發器支持節點數最多可做到110個,但實際應用中往往達不到這個數量。這里我們談談如何通過合理的CAN-bus總線設計,保證CAN網絡中的通訊的可靠性和節點數量。
1.影響CAN總線節點數的因素
影響總線節點數的因素有多種,本文我們從滿足接收節點的差分電壓幅值方面來討論,只有滿足了這個前提條件,我們才能考慮總線的其他因素如寄生電容、寄生電感對信號的影響。
1)發送節點的CAN接口負載
為何考慮CAN接口負載?
CAN接口負載即為CANH、CANL之間的有效電阻值大小,該電阻會影響發送節點輸出的差分電壓的幅值,組網后網絡中各個節點的負載電阻 RL接近,如圖 1我們測試了CTM1051M小體積CAN隔離模塊在不同負載下的輸出差分電壓幅值。
圖 1 不同負載下的差分電壓
在負載電阻由45Ω不斷增大到66Ω時,節點的輸出差分電壓也隨著由1.84V增大到2.16V,兩者近似線性關系。為了使發送節點的輸出差分電壓不至于過低,實際組網時負載電阻應在圖 1測試的范圍內波動。我們分析RL的組成有3個:終端電阻、總線節點的差分輸入電阻、總線本身的有效電阻。
終端電阻:總線兩端均需要增加終端電阻,當總線距離長時,總線有效電阻大,損耗大,可以適當增加終端電阻值以減小總線有效電阻的損耗,如150Ω~300Ω。
差分輸入電阻:ISO 11898中規定的收發器差分輸入電阻范圍為10kΩ~100kΩ之間,CTM1051M系列收發器的差分輸入電阻為19kΩ~52kΩ,其典型值為30 kΩ,如果我們以最多節點組網,按典型值考慮,則整個總線的差分輸入電阻會達到30 kΩ/110=273Ω,與終端電阻并聯時會顯著增加節點的負載。
總線有效電阻:使用較小截面積的雙絞線,其有效電阻達到幾十歐姆,長距離通信,總線對差分信號的影響會很大,如常用的RVS非屏蔽雙絞線的電阻從8.0Ω/km到39.0Ω/km不等。嚴重時會使接收點的電平達不到識別范圍。
差分電壓除負載電阻的影響外,還會受到供電電壓的影響,如圖 2我們測試了CTM1051M模塊在不同電壓,不同負載下的差分電壓幅值,可以看到電源電壓升高0.5V,差分電壓幅值會升高約0.3V。
圖 2 不同供電電壓下的差分電壓
2)接收節點的識別電平
接收節點有一定的電平識別范圍,CTM1051M的CAN接口典型參數如表 1所示。節點輸入顯性電平應大于0.9V。ISO 11898中,總線上的任意點的最小電平應大于1.2V,組網時我們應使差分電壓大于此值。
1.影響CAN總線節點數的因素
影響總線節點數的因素有多種,本文我們從滿足接收節點的差分電壓幅值方面來討論,只有滿足了這個前提條件,我們才能考慮總線的其他因素如寄生電容、寄生電感對信號的影響。
1)發送節點的CAN接口負載
為何考慮CAN接口負載?
CAN接口負載即為CANH、CANL之間的有效電阻值大小,該電阻會影響發送節點輸出的差分電壓的幅值,組網后網絡中各個節點的負載電阻 RL接近,如圖 1我們測試了CTM1051M小體積CAN隔離模塊在不同負載下的輸出差分電壓幅值。
圖 1 不同負載下的差分電壓
在負載電阻由45Ω不斷增大到66Ω時,節點的輸出差分電壓也隨著由1.84V增大到2.16V,兩者近似線性關系。為了使發送節點的輸出差分電壓不至于過低,實際組網時負載電阻應在圖 1測試的范圍內波動。我們分析RL的組成有3個:終端電阻、總線節點的差分輸入電阻、總線本身的有效電阻。
終端電阻:總線兩端均需要增加終端電阻,當總線距離長時,總線有效電阻大,損耗大,可以適當增加終端電阻值以減小總線有效電阻的損耗,如150Ω~300Ω。
差分輸入電阻:ISO 11898中規定的收發器差分輸入電阻范圍為10kΩ~100kΩ之間,CTM1051M系列收發器的差分輸入電阻為19kΩ~52kΩ,其典型值為30 kΩ,如果我們以最多節點組網,按典型值考慮,則整個總線的差分輸入電阻會達到30 kΩ/110=273Ω,與終端電阻并聯時會顯著增加節點的負載。
總線有效電阻:使用較小截面積的雙絞線,其有效電阻達到幾十歐姆,長距離通信,總線對差分信號的影響會很大,如常用的RVS非屏蔽雙絞線的電阻從8.0Ω/km到39.0Ω/km不等。嚴重時會使接收點的電平達不到識別范圍。
差分電壓除負載電阻的影響外,還會受到供電電壓的影響,如圖 2我們測試了CTM1051M模塊在不同電壓,不同負載下的差分電壓幅值,可以看到電源電壓升高0.5V,差分電壓幅值會升高約0.3V。
圖 2 不同供電電壓下的差分電壓
2)接收節點的識別電平
接收節點有一定的電平識別范圍,CTM1051M的CAN接口典型參數如表 1所示。節點輸入顯性電平應大于0.9V。ISO 11898中,總線上的任意點的最小電平應大于1.2V,組網時我們應使差分電壓大于此值。
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