CAN接口异常如何分析？看这篇就够了
时间：2021-08-19 15:30:18
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[导读]CAN总线凭借高可靠和实时性被广泛应用于汽车电子、轨道交通、医疗等行业，但随着应用环境的日益复杂，CAN总线发生异常的频率也随之增加。如何高效地分析及解决CAN接口异常呢？本文将为您详细介绍。 常见异常及解决方法 （1）两个节点近距离测试，低波特率通信正常，高波特率无法通信。 ...
CAN总线凭借高可靠和实时性被广泛应用于汽车电子、轨道交通、医疗等行业，但随着应用环境的日益复杂，CAN总线发生异常的频率也随之增加。如何高效地分析及解决CAN接口异常呢？本文将为您详细介绍。 常见异常及解决方法 （1）两个节点近距离测试，低波特率通信正常，高波特率无法通信。 可能原因：未加终端电阻。由于CAN收发芯片内部CANH、CANL引脚为开漏驱动，如图1，在显性状态期间，总线的寄生电容会被充电，而在恢复到隐性状态时，这些电容需要放电。如果CANH、CANL之间没有放置任何阻性负载，电容只能通过收发器内部阻值较大的差分电阻放电。如果放电速度过慢，就会出现通信问题。解决方法：增加终端电阻。 图1 CAN收发器结构示意图（2）组网节点数少通信正常，增加节点后，通信异常。 可能原因：总线电容过大。总线电容过大会影响CAN差分波形上升下降速度，如图2。解决方法：a.检查CAN节点接口的外围电路，是否有外加电容、TVS管等器件，适当去除，以降低电容。b.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。图2 总线电容影响波形图（3）应用中易损坏，更换模块后正常。可能原因：保护不足。CAN模块由于体积受限，内部保护电路等级不高。在一些环境恶劣的应用现场，干扰能量过大易造成损坏。解决方法：根据损坏情况适当增加保护电路。图3是推荐的典型保护电路图，电源端口有TVS保护，CAN接口有三级电路保护，可以抑制大能量的雷击浪涌。图3 典型保护电路（4）5V模块匹配3.3V MCU，错误帧多或发不出数据。可能原因：电平不匹配。5V模块匹配3.3V MCU在测试中可能并无异常，但由于某些参数的微小变化，就会导致电平不能正常识别。图4标示了模块TXD输入高电平的最低值0.7VCC，如小于该值，则存在风险。解决方法：增加电平转换电路，或选择3.3V模块匹配3.3V MCU。图4 CAN模块输入参数（5）近距离通信正常，远距离无法通信。可能原因：a. CAN速率过高。由于CAN总线的仲裁机理，其对延时有着非常严格的要求。线缆延时的存在，使得导线长度制约着实际应用中CAN的最高工作速率。CAN速率与通信距离成反比，速率越高，通信距离越短。b. 线缆阻抗大，远端信号幅值过低。解决方法：a.降低速率，或缩短总线长度，可参考图5线缆长度与波特率的关系。b.换用阻抗小的电线缆，或适当增大终端电阻值，可参考图6线缆长度与直流参数推荐。图5 线缆长度与波特率的关系图6 线缆长度与直流参数推荐 通过测试定位问题 当通过现有信息无法判断问题所在时，则需要对CAN接口进行测试，定位问题点。已推测出问题所在时，也可以对CAN接口进行测试，以验证推测与解决效果。（1）阻抗测量在产品断电、或从PCB卸下后，使用数字万用表测量模块各引脚阻抗是否异常，如图7。若出现短路情况，说明模块或相关联电路有损坏现象。测试时，TXD、RXD、VCC以GND为参考；CANH、CANL以CANG为参考。图7 阻抗测量示意（2）检测模块供电电压产品上电，使用数字万用表测量模块VCC-GND之间电压，电压应该在模块正常供电范围内，如图8。若电压值明显低于正常范围，且模块发热严重，则内部可能存在短路情况。若模块发热量正常（常规温升15℃），则需要检查外部供电电路是否异常。图8 供电测试示意图（3）检测发送波形使用示波器测试TXD引脚，以及CANH、CANL的差分波形，检查波形的幅值大小、波特率、波形质量、TXD和CAN差分波形是否对应等，如图9、图10。图9 发送波形测试示意图图10 TXD与CAN差分波形（4）检测接收波形使用示波器测试RXD引脚，以及CANH、CANL的差分波形，检查波形的幅值大小、波特率、波形质量、TXD和CAN差分波形是否对应等，如图11、图12。图11 接收波形测试示意图图12 CAN差分与RXD波形图（5）检测CAN总线波形使用示波器测试CANH、CANL的波形，检查显性电平、隐性电平、位时间等参数是否正确。如图13、图14。
图13 CAN总线波形测试示意图图14 CANH、CANL总线波形 总结 以上就是关于CAN总线接口异常的分析指南了，通过错误现象去分析可能原因，然后采用相应的解决方案去测试排错。如果经过以上测试，均未发现CAN总线接口异常情况，则可基本排除硬件问题，进一步分析需要进行软件层面的故障排查。ZLG致远电子作为国内总线隔离领导品牌，经过二十年的技术积累，面向工业现场CAN总线应用推出了一系列总线隔离模块，能有效解决总线干扰、通信异常等问题。与传统的设计相比，CAN总线隔离系列产品内置完整的隔离DC-DC电路、信号隔离电路、CAN总线收发电路以及总线防护电路，具备更高的集成度与可靠性，适用于需要高稳定性CAN总线通讯的场合，能够有效帮助用户提升总线通信防护等级。- 波特率支持：5k~1Mbps或40k~1Mbps；
- 协议支持：CAN2.0A/B、CAN FD；
- 节点数量：110个；
- 工作温度：-40~85℃或-40~105℃；
- 隔离电压：2500VDC或3500VDC；
- 符合“ISO 11898-2”国际标准；
- Mini小体积或标准模块化封装；
- 外壳及灌封材料符合UL94 V-0标准；
- 具有低电磁辐射和高抗电磁干扰性。
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