車(chē)規(guī)級(jí)CAN總線(xiàn)外圍電路設(shè)計(jì)方案探究

在現(xiàn)代汽車(chē)電子控制系統(tǒng)中，CAN（Controller Area Network，控制器局域網(wǎng)）總線(xiàn)作為一種高效、可靠的通信協(xié)議，發(fā)揮著舉足輕重的作用。它不僅連接著發(fā)動(dòng)機(jī)控制單元（ECU）、變速器控制單元、制動(dòng)系統(tǒng)控制單元等多個(gè)關(guān)鍵模塊，還確保了這些模塊之間的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換和協(xié)調(diào)工作。為了實(shí)現(xiàn)卓越的性能和電磁兼容性（EMC），車(chē)規(guī)級(jí)CAN總線(xiàn)外圍電路的設(shè)計(jì)顯得尤為關(guān)鍵。本文將深入探討這一設(shè)計(jì)方案，并結(jié)合實(shí)際應(yīng)用給出代碼示例。

一、共模電感的設(shè)計(jì)

共模電感在汽車(chē)CAN網(wǎng)絡(luò)中起著抑制共模噪聲、提升EMC性能的重要作用。它通過(guò)在高阻抗?fàn)顟B(tài)下阻止噪聲傳播，有效濾除系統(tǒng)自身發(fā)射的干擾噪聲，同時(shí)抑制其他系統(tǒng)產(chǎn)生的干擾噪聲對(duì)CAN總線(xiàn)通信的干擾。

在設(shè)計(jì)共模電感時(shí)，需要關(guān)注以下幾個(gè)關(guān)鍵特性：

電感值：為了有效抑制共模噪聲，共模電感在共模噪聲頻率處應(yīng)具備盡可能高的電感值。然而，過(guò)大的電感值會(huì)帶來(lái)尺寸和成本上的挑戰(zhàn)。因此，針對(duì)500kbps的CAN通信，推薦使用51uH電感值的共模電感；而對(duì)于2Mbps的CAN FD通訊，則建議采用100uH電感值。

泄漏電感：適量的泄漏電感能有效抑制CAN總線(xiàn)中的差模電流，提升系統(tǒng)的整體EMI性能。但過(guò)大的泄漏電感可能會(huì)引發(fā)CAN信號(hào)的振鈴現(xiàn)象，干擾正常通訊。因此，在選擇時(shí)，應(yīng)確保既能發(fā)揮差模抑制作用，又不至于在總線(xiàn)信號(hào)上產(chǎn)生顯著的振鈴。

直流電阻：共模電感的直流電阻對(duì)總線(xiàn)信號(hào)的損耗具有直接影響。隨著直流電阻的增大，總線(xiàn)信號(hào)的損耗也會(huì)相應(yīng)增加，導(dǎo)致傳輸效率降低。因此，選擇直流電阻盡可能小的共模電感顯得尤為重要。

模式轉(zhuǎn)換特性：共模電感的模式轉(zhuǎn)換特性通過(guò)Ssd12/Sds21參數(shù)來(lái)衡量。當(dāng)Ssd12/Sds21參數(shù)的差異較大時(shí)，意味著上下線(xiàn)圈存在較大的不對(duì)稱(chēng)性，這會(huì)引入額外的共模噪聲，降低EMI濾波效能。因此，應(yīng)傾向于選擇Ssd12/Sds21參數(shù)接近的器件。

二、終端分立電阻的設(shè)計(jì)

在包含多個(gè)節(jié)點(diǎn)的CAN網(wǎng)絡(luò)中，為了確保信號(hào)傳輸質(zhì)量，通常在首端節(jié)點(diǎn)和末端節(jié)點(diǎn)的總線(xiàn)上并聯(lián)一個(gè)與總線(xiàn)特征阻抗相匹配的電阻（通常為120Ω）。這個(gè)電阻的主要作用包括：

匹配總線(xiàn)特征阻抗，阻止信號(hào)反射：CAN總線(xiàn)的特征阻抗通常為120Ω，而CAN收發(fā)器在隱性狀態(tài)下的總線(xiàn)差分輸入電阻高達(dá)數(shù)十kΩ。阻抗不匹配會(huì)導(dǎo)致信號(hào)反射，產(chǎn)生振鈴現(xiàn)象，影響正常通信。

吸收外部干擾：CAN收發(fā)器的輸入差分電阻阻值較高，使得外部輕微干擾能在總線(xiàn)上產(chǎn)生足夠的差分電壓，改變總線(xiàn)狀態(tài)。并聯(lián)一個(gè)阻值相對(duì)較小的電阻（45Ω到70Ω之間）可以吸收這些干擾，防止其在總線(xiàn)上形成顯性差分電壓。

加速總線(xiàn)信號(hào)下降沿：總線(xiàn)顯隱切換的過(guò)程是對(duì)寄生電容的充放電過(guò)程。并聯(lián)一個(gè)匹配電阻可以顯著加速放電過(guò)程，使信號(hào)下降沿更加迅速，實(shí)現(xiàn)總線(xiàn)狀態(tài)從顯性到隱性的快速切換。

三、代碼示例

以下是一個(gè)簡(jiǎn)單的CAN總線(xiàn)初始化代碼示例，使用C語(yǔ)言編寫(xiě)，適用于STM32微控制器：

c

#include "stm32f4xx_hal.h"

CAN_HandleTypeDef hcan1;

void CAN_Config(void)

{

   // CAN結(jié)構(gòu)體初始化

   hcan1.Instance = CAN1;

   hcan1.Init.Prescaler = 9;

   hcan1.Init.Mode = CAN_MODE_NORMAL;

   hcan1.Init.SyncJumpWidth = CAN_SJW_1TQ;

   hcan1.Init.TimeSeg1 = CAN_BS1_6TQ;

   hcan1.Init.TimeSeg2 = CAN_BS2_8TQ;

   hcan1.Init.TimeTriggeredMode = DISABLE;

   hcan1.Init.AutoBusOff = DISABLE;

   hcan1.Init.AutoWakeUp = DISABLE;

   hcan1.Init.AutoRetransmission = ENABLE;

   hcan1.Init.ReceiveFifoLocked = DISABLE;

   hcan1.Init.TransmitFifoPriority = DISABLE;

   if (HAL_CAN_Init(&hcan1) != HAL_OK)

   {

       // 初始化錯(cuò)誤處理

       Error_Handler();

   }

   // 激活通知

   HAL_CAN_ActivateNotification(&hcan1, CAN_IT_TX_MAILBOX_EMPTY | CAN_IT_RX_FIFO0_MSG_PENDING);

}

int main(void)

{

   HAL_Init();

   SystemClock_Config();

   CAN_Config();

   // 主循環(huán)

   while (1)

   {

       // CAN通信代碼

   }

}

void Error_Handler(void)

{

   // 用戶(hù)可以添加自己的錯(cuò)誤處理代碼

   while(1)

   {

   }

}

該代碼示例展示了如何初始化CAN總線(xiàn)，并設(shè)置了相關(guān)的時(shí)序參數(shù)。在實(shí)際應(yīng)用中，還需根據(jù)具體需求配置濾波器、發(fā)送和接收郵件箱等。

四、結(jié)論

車(chē)規(guī)級(jí)CAN總線(xiàn)外圍電路的設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜但至關(guān)重要的過(guò)程。通過(guò)精心選擇共模電感和終端分立電阻等關(guān)鍵元件，并結(jié)合實(shí)際的代碼實(shí)現(xiàn)，可以顯著提升CAN總線(xiàn)的通信質(zhì)量和電磁兼容性。這不僅有助于確保汽車(chē)電子控制系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，還為未來(lái)智能汽車(chē)的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。