工業(yè)現(xiàn)場CAN環(huán)境復(fù)雜多變，工程師面對信號(hào)的雜、亂、差卻是束手無策，追根溯源對于信號(hào)的各種地你接對了嗎?
CAN總線以其高可靠性、實(shí)時(shí)性、靈活性以及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)據(jù)處理機(jī)制等特點(diǎn)，在工業(yè)現(xiàn)場和汽車行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，但隨著環(huán)境干擾以及節(jié)點(diǎn)數(shù)目的增加等對CAN總線的穩(wěn)定性提出更高的要求，而面對電源地、信號(hào)地、屏蔽地、外殼地不同的接地方式又該如何處理呢?
如圖1分別是電源地、信號(hào)地、屏蔽地以及大地四種不同地的常見符號(hào)。
圖1 四種接地符號(hào)
Ø 電源地概念：
電源地也為供電地，是為保證供電電源形成完整的電流回路設(shè)置的供電地，即GND。
Ø 電源地處理：
與單電源供電的負(fù)極相連。
圖2 CAN收發(fā)器電源地(GND)接線
Ø 信號(hào)地概念：
信號(hào)地也稱為隔離地，為使電子設(shè)備工作時(shí)有一個(gè)統(tǒng)一的參考電位，避免有害電磁場的干擾，使設(shè)備穩(wěn)定可靠的工作，設(shè)備中的信號(hào)電路統(tǒng)一參考地，即CAN-GND;
Ø 信號(hào)地處理：
許多實(shí)際應(yīng)用中，設(shè)計(jì)者常直接將每個(gè)節(jié)點(diǎn)的參考地接于本地的大地，作為信號(hào)的返回地，看似正?？煽康淖龇?，卻存在極大的隱患!
信號(hào)地(CAN-GND)正確的接法主要分為兩種：
單屏蔽層線纜：如果線纜是單屏蔽層，信號(hào)地理想接法是使用專門的信號(hào)線將所有節(jié)點(diǎn)信號(hào)地連接，起到參考地的作用。但如果缺少信號(hào)地線，亦可將所有節(jié)點(diǎn)信號(hào)地都連接到屏蔽層，但這樣屏蔽效果亦差強(qiáng)人意。
圖 3 帶有屏蔽層雙絞線
圖 4 含信號(hào)地線雙絞線連接方式
圖 5 信號(hào)地與屏蔽層連接方式
雙屏蔽層線纜：當(dāng)使用雙層屏蔽電纜時(shí)，需要將所有節(jié)點(diǎn)信號(hào)地連接到內(nèi)屏蔽層，若使用非屏蔽線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，請保持信號(hào)地管腳懸空處理。
圖 6 雙屏蔽層信號(hào)地處理方式
所有節(jié)點(diǎn)信號(hào)地接到屏蔽層或者雙屏蔽層的內(nèi)層后，屏蔽層處理方式注意為單點(diǎn)接地，不可多點(diǎn)接地，否則會(huì)在信號(hào)地線上形成地環(huán)流。
另外，單點(diǎn)接地時(shí)為了加大供電地和信號(hào)地之間的隔離電阻，阻止共地阻抗電路耦合產(chǎn)生的電磁干擾，注意采用隔離浮地設(shè)計(jì)，通過阻容方式將屏蔽層與外殼隔離。
圖 7 未進(jìn)行單點(diǎn)接地處理的報(bào)文受到電磁干擾
Ø 屏蔽地概念：
屏蔽地(CAN-Shield)也可理解為CAN屏蔽層，部分場合也標(biāo)為FG。導(dǎo)體外部有導(dǎo)體包裹的導(dǎo)線叫屏蔽線，包裹的導(dǎo)體叫屏蔽層，一般為編織銅網(wǎng)或銅泊(鋁)，屏蔽層需要接地處理，保證外來的干擾信號(hào)可被該層導(dǎo)入大地。
圖8 單屏蔽層和雙屏蔽層電纜剖析
Ø 屏蔽地處理：
當(dāng)使用雙層屏蔽電纜時(shí)，CAN-Shield連接到外屏蔽層和DB9連接器的屏蔽殼。并且，使用DB9針式連接器時(shí)外屏蔽層會(huì)被連接到pin 5以保證當(dāng)使用沒有屏蔽連接的連接器時(shí)，可靠的接地。
多節(jié)點(diǎn)總線同樣要求屏蔽地采用單點(diǎn)接地，防止形成回路，并且為浮地設(shè)計(jì)。
如下圖9所示處理方式，CTM1051模塊3腳為屏蔽地，5腳為信號(hào)地。
圖9 雙屏蔽層線中信號(hào)地、屏蔽地處理方式
Ø 外殼地概念：
靜電的電荷集聚在物體的表面，一旦遇到可以釋放的回路就可以形成電流。有時(shí)候產(chǎn)生的電壓非常高，特別是在干燥的環(huán)境里。電子產(chǎn)品的外殼地就是用來快速地將電荷釋放到大地。
Ø 外殼地處理：
外殼接地既是對人體安全的保護(hù)，也是防干擾的一種手段，因?yàn)橐话闱闆r下機(jī)殼是金屬的，是非常好的屏蔽體，絕大部分輻射干擾都可以阻擋在機(jī)殼之外。通過地線引入的干擾(也叫共阻抗干擾)，處理方法一般采用地線隔離技術(shù)，在外殼接地時(shí)接入阻抗，加入濾波等。
圖10 信號(hào)地、屏蔽地、外殼接地連接推薦電路
Ø 改進(jìn)方案建議
如果您在使用CAN總線進(jìn)行調(diào)試時(shí)，遇到過偶爾通信出錯(cuò)，或者接收不到數(shù)據(jù)，再者一直正常使用的總線，突然出現(xiàn)大范圍的錯(cuò)誤，或者節(jié)點(diǎn)損壞。
如果您還是在使用單純的CAN收發(fā)器，那么請換成隔離CAN收發(fā)器吧!致遠(yuǎn)的CTM隔離模塊內(nèi)部包含隔離DC-DC、信號(hào)隔離電路、CAN總線收發(fā)電路、基礎(chǔ)的總線防護(hù)等。
隔離收發(fā)器可將總線和控制電路進(jìn)行電氣隔離，將高壓阻擋在控制系統(tǒng)之外，可以有效地保證操作人員的人身及系統(tǒng)安全。不僅如此，隔離可以抑制由接地電勢差、接地環(huán)路引起的各種共模干擾，保證總線在嚴(yán)重干擾和其它系統(tǒng)級(jí)噪聲存在的情況下不間斷、無差錯(cuò)運(yùn)行。
圖11 CAN隔離收發(fā)器推薦設(shè)計(jì)電路
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