技术小课堂 | CAN总线应用常见问题(2)

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技术小课堂 | CAN总线应用常见问题(2)

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CAN总线作为一种常用的通信协议，在汽车、工业自动化等领域得到广泛应用。然而，由于各种原因，CAN总线在使用过程中可能会出现各种故障。本文将讲解CAN总线应用过程中的常见问题和解决办法。

低波特率通信正常，高波特率无法通信

控制器配置低波特率通信正常而提高通信速率后无法通信的问题，主要是由于终端电阻未匹配导致的。CAN收发器芯片内部的CAN线CANH、CANL引脚是开漏结构，如下图1，总线上的寄生电容在显性状态时会被充电，而从显性状态切换到隐性状态的时候，总线上的电容要放电。如果CANH、CANL之间没有匹配电阻或者匹配的终端电阻太大，就会导致电容上的电荷放电速度过慢，从而在下降沿出现边沿下降过缓的现象，如图2，进而导致控制无法采到正确的电平，引发通信问题。

图1、CAN收发器芯片内部CANH、CANL结构

图2、显性状态切换到隐性状态边沿缓慢

解决方法

匹配适当的终端电阻；

总线电容过大导致的通讯异常

CAN收发器为了实现CAN的仲裁与错误处理，采用单向驱动结构，即CAN波形的上升沿有驱动，而下降沿是通过整条总线与终端电阻放电产生的，所以终端电阻的第一作用是放电。CAN节点及CAN线束的电容会影响整个网络的电容，电容越大，下降边沿越缓，导致接收节点发生位采样错误，从而产生错误帧。

解决方法

检查CAN总线上是否有外加电容、是否有保护器件(TVS等)的寄生电容过大等问题，适当去除，以降低电容，建议将单个CAN节点电容控制在 40pF~100pF范围内；
降低工作波特率，波特率降低可以延长位时间，减小电容的影响，但若电容过大，则不一定有效；

CAN总线波形出现明显的共模震荡

共模振荡通常是由于传输线缆和PCB布局走线会耦合感性负载，而信号在感性负载下传输会出现信号共模抖动，可修改终端电阻中点的对地split电容调整信号质量，调整范围1nF~100nF，推荐值4.7nF。

图3、调整split电容或更换TPT1044、TPT1057、TPT1462可有效改善信号质量
图4、无split电容时共模抖动
图5、有split电容下共模无抖动
图6、TPT1044不增加Split电容下共模无抖动

总线干扰过大问题

CAN总线虽然有强大的抗干扰和纠错重发机制，但目前CAN被大量应用于新能源汽车、轨道交通、医疗、煤矿、电机驱动等行业，而这些场合的电磁环境比较复杂，所以如何抗干扰是工程师最为关心的话题。

为此可采用提高CAN双绞程度、加单双屏蔽层、使用CAN隔离模块、弱电远离强电、优化布线等方式以提高CAN通信抗干扰能力。同样在采用不合理的组网方式时，也可能会导致信号反射严重引起信号振铃，在总线产生振铃时，其总线差模信号会反复在显性电平和隐性电平阈值振荡，导致RXD产生误翻转，从而使接收数据受到干扰。

图7、常规CAN总线振铃干扰波形
图8、CAN SIC振铃抑制对比波形