如何解決CAN總線超強(qiáng)干擾?

前段時(shí)間有個(gè)用戶反饋說(shuō)自己的設(shè)備啟動(dòng)后多個(gè)節(jié)點(diǎn)處于失控狀態(tài)，用CANScope測(cè)試全是錯(cuò)誤幀如圖1所示。

圖1 強(qiáng)干擾下的報(bào)文

隨后讓客戶把測(cè)試的波形發(fā)來(lái)一看，是環(huán)境干擾惹的禍，如圖2所示。

圖2 強(qiáng)干擾下的波形

這種強(qiáng)干擾導(dǎo)致了幀錯(cuò)誤增加，重發(fā)頻繁，正確數(shù)據(jù)無(wú)法及時(shí)到達(dá)。所以如何解決CAN總線超強(qiáng)干擾呢，下面給您介紹一種方案。

一、 將CAN轉(zhuǎn)為光纖傳輸

怎么能徹底解決強(qiáng)干擾帶來(lái)的隱患呢?只要數(shù)據(jù)的傳輸不依賴電信號(hào)就能完全隔離掉干擾。光纖作為一種無(wú)法被電磁干擾的傳輸介質(zhì)，我們可以把 CAN 容易受到干擾的部分使用光信號(hào)傳輸，增加CAN轉(zhuǎn)光纖轉(zhuǎn)換器。如圖3所示，為使用致遠(yuǎn)電子的三臺(tái)CANSwitch-AF2S2組合的光纖主干網(wǎng)絡(luò)。

圖3 使用光纖轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)光纖主干傳輸

實(shí)現(xiàn)上面的光纖傳輸使用的是CANSwitch-AF2S2集線器(Hub)功能，在此模式下的設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)自組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備級(jí)聯(lián)，只要通過(guò)軟件配置好設(shè)備，CAN 總線就會(huì)按照規(guī)定進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng) CAN 口上。下面再介紹它的另一種功能——轉(zhuǎn)換器(Converter)功能。

Converter(轉(zhuǎn)換器)功能支持TCP Sever/TCP Client/UDP工作方式和靈活的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過(guò)配置軟件用戶可以靈活的設(shè)定相關(guān)配置參數(shù)。典型應(yīng)用如下：

·TCP Server 模式

在 TCP 服務(wù)器(TCP Server)模式下，CANSwitch-AF2S2 不會(huì)主動(dòng)與其它設(shè)備連接。它始終等待客戶端(TCP Client)的連接，在與客戶端建立 TCP 連接后即可進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)通信。建立通訊的過(guò)程如圖4所示。

圖4 TCP Sever 模式通訊示意圖

·TCP Client 模式

在 TCP 客戶端(TCP Client)模式下，CANSwitch-AF2S2 將主動(dòng)與預(yù)先設(shè)定好的 TCP服務(wù)器連接。如果連接不成功，客戶端將會(huì)根據(jù)設(shè)置的連接條件不斷嘗試與 TCP 服務(wù)器建立連接。在與 TCP 服務(wù)器端建立 TCP 連接后即可進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)通信。建立通訊的過(guò)程如圖5所示。

圖5 TCP Clinet 模式通訊示意圖

·UDP模式

UDP 模式使用 UDP 協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。UDP 是一種不基于連接的通信方式，它不能保證發(fā)往目標(biāo)主機(jī)的數(shù)據(jù)包被正確接收，所以在對(duì)可靠性要求較高的場(chǎng)合需要通過(guò)上層的通信協(xié)議來(lái)保證數(shù)據(jù)正確，但UDP 方式可以提供比 TCP 方式更高的通信速度，以保證數(shù)據(jù)包的實(shí)時(shí)性。工作在這種方式下的設(shè)備，地位都是相等的，不存在服務(wù)器和客戶端。通訊的過(guò)程如圖6所示。

圖6 UDP 模式通訊示意圖

二、 一些硬件抗干擾的隔離與防護(hù)措施

1. 使用TVS二極管

TVS二極管并聯(lián)在信號(hào)線和信號(hào)地線之間，用來(lái)保護(hù)電纜受到雷擊或靜電放電時(shí)產(chǎn)生的浪涌高壓。當(dāng) TVS 上的電壓超過(guò)一定的幅度時(shí)，器件迅速導(dǎo)通，從而將浪涌能量泄放掉，并將電壓的幅度限制在一定的范圍內(nèi)。在這里建議在 CANH、CANL信號(hào)線上使用兩個(gè) TVS管進(jìn)行雙向保護(hù)，如下圖所示。

圖7 TVS二極管防護(hù)

2. 使用隔離收發(fā)器

如下圖所示的CTM1051(A)HP模塊內(nèi)部集成高可靠的浪涌防護(hù)電路，靜電放電抗擾度高達(dá)8kV，雷擊浪涌抗擾度高達(dá)4kV，可有效解決工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)因靜電、浪涌干擾而導(dǎo)致的通訊異常問(wèn)題。

圖8 隔離收發(fā)器

3. 信號(hào)保護(hù)器

外接專用的信號(hào)保護(hù)器消除干擾，如 ZF-12Y2 消耗干擾強(qiáng)度或者是CANbridge+ 網(wǎng)橋做隔離。

圖9 ZF系列防雷器