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[導讀]在進行CAN總線通信前,應保證正確的總線配置,比如終端電阻。它是影響總線通信的重要組件,下面我們不考慮信號的完整性,只從信號幅度和時間常數(shù)方面分析不加終端電阻時的影響。??終端電阻添加要求根據(jù)ISO11898-2對終端電阻的取值規(guī)定,必須在總線的首尾兩端各掛一個120Ω的終端電阻...

在進行CAN總線通信前,應保證正確的總線配置,比如終端電阻。它是影響總線通信的重要組件,下面我們不考慮信號的完整性,只從信號幅度和時間常數(shù)方面分析不加終端電阻時的影響。


??終端電阻添加要求

根據(jù)ISO11898-2對終端電阻的取值規(guī)定,必須在總線的首尾兩端各掛一個120Ω的終端電阻,即總線上加60Ω的終端電阻,而中間節(jié)點則不需要掛終端電阻,如圖1所示。

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圖1? 終端電阻


??不加終端電阻時的影響

如圖2所示,假如我們按照ISO11898標準要求,使用CANScope測試時,加上60Ω的終端電阻,然后以250Kbps的波特率自發(fā)自收數(shù)據(jù),可以看到報文可以正常發(fā)送,且關聯(lián)的波形也正常。

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圖2?加終端電阻CANScope自發(fā)自收現(xiàn)象


假如CANScope在不加終端電阻的時候,以250Kbps的波特率自發(fā)自收數(shù)據(jù),如圖3所示,發(fā)送的數(shù)據(jù)都是幀ID錯誤,且關聯(lián)的波形也出現(xiàn)異常。

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圖3?未加終端電阻CANScope自發(fā)自收現(xiàn)象


對于報文數(shù)據(jù),從關聯(lián)的波形數(shù)據(jù)可以看到,上升沿沒有任何問題,但是下降沿相對于加終端電阻的波形緩慢很多,一直未達到隱性狀態(tài),這些是為什么呢?下面我們對其進行一一的解析。

1、為什么影響下降沿?

眾所周知,CAN總線的傳輸方式是差分傳輸方式,而總線電平的判斷,就是CAN收發(fā)器根據(jù)CANH和CANL線纜之間的差分電壓(CANH-CANL)來判斷的,總線上傳輸?shù)碾娖叫盘栔挥袃煞N可能,一是顯性電平,二是隱性電平,其中顯性電平代表邏輯0,隱性電平代表邏輯1。


首先我們看一下CAN收發(fā)器的內部結構,如圖4所示:

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圖4?CAN收發(fā)器內部結構


當總線電平為顯性時,收發(fā)器內部的Q1、Q2處于導通狀態(tài),此時CANH、CANL之間會產生壓差;當總線電平為隱性時,收發(fā)器內部的Q1、Q2處于截止狀態(tài),此時CANH、CANL處于無源狀態(tài),壓差為0。所以當隱性狀態(tài)變?yōu)轱@性狀態(tài)(上升沿)時,主要由收發(fā)器中的驅動模塊作用,當顯性狀態(tài)變?yōu)殡[性狀態(tài)(下降沿)時,是通過整條總線與終端電阻放電產生的,所以總線的終端電阻是影響下降沿緩慢程度的主要物理因素。

2、下降沿為什么遲遲達不到隱性狀態(tài)?

前面提到,下降沿緩慢程度,受終端電阻的影響,是如何影響的,那這就和時間常數(shù)τ有關系了。我們知道,時間常數(shù)可由電容(C)和負載電阻(R)確定,即τ=RC,所以當總線上無終端電阻時,CANH和CANL之間的阻值很大,例如CANScope,在未加終端電阻時,測量的電阻值,約91KΩ左右,所以根據(jù)時間常數(shù)的公式,τ值會很大,所以無法快速消耗掉總線上寄生電容上的電能,從而導致下降沿緩慢,遲遲達不到隱性狀態(tài)。

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圖5?RC電路


3、為什么會產生錯誤幀?如圖6所示,是圖3對應的示波器截圖,從圖中看出,當光標區(qū)域的ΔX為一個位,即4us時,差分信號在光標B處的電壓YB為3.341V,遠高于CAN規(guī)范中的隱性電平判斷上限值0.5V,顯性電平判斷下限值0.9V,所以此時的位被判斷為顯性位,而又由于時間常數(shù)遠大于250Kbps波特率下的位時間,所以會有超過5個位被判斷為顯性位,從而破壞了CAN規(guī)范中的填充規(guī)則,出現(xiàn)了幀ID填充錯誤。

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圖6?250Kbps波特率波形細節(jié)


為了加深對錯誤幀產生原因的了解,我們舉一個反例,看位時間遠大于無終端電阻情況下的時間常數(shù)時,會出現(xiàn)什么樣的現(xiàn)象。


下面以CANScope不加終端電阻,波特率為10Kbps進行自發(fā)自收為例,如圖7所示,CANScope報文列表中,無錯誤幀產生。通過觀察同步的示波器截圖,如圖8所示,光標區(qū)域ΔX為45.6us時,差分信號在光標B處的電壓YB為0.4813V,又由于CANScope默認的采樣點是75%在光標區(qū)域之后,所以此時可正常判斷該位為隱性,從而不會導致錯誤幀的產生。

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7?10Kbps波特率發(fā)送報文

8?10Kbps波特率波形細節(jié)


??終端電阻添加的方法

在使用CANScope作為測量設備時,除了用戶自己外部添加終端電阻的方法外,還可以通過軟件配置給被測節(jié)點或網絡添加終端電阻,其添加的方法,會根據(jù)不同的PORT頭配件,選擇不同的配置方法。當使用標配件P8251T、P1040T時,勾選圖9中的啟用終端電阻,即可在總線上添加120Ω的終端電阻;當選配件使用StressZ時,如圖10中的RHL,可根據(jù)需要設置對應的終端電阻。

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圖9 標配件P8251T、P1040T終端電阻設置

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圖10?選配件StressZ終端電阻設置


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