CAN总线冷知识-边沿台阶是怎么来的?

2019-04-18 11:39:21 来源:EEFOCUS
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你了解CAN总线波形吗?你知道是什么因素造成CAN信号不稳定的吗?本文将带你探究影响CAN波形稳定的罪魁祸首——边沿台阶

 
阻抗匹配是指信号源或者传输线跟负载之间达到一种适合的搭配,阻抗匹配主要为了调整负载功率和抑制信号反射;然而,阻抗不匹配的现象在CAN总线网络中随处可见;如图1所示,阻抗不匹配的将造成7个现象,其中最受关注的为上升沿和下降沿的台阶;下文将针对边沿台阶的现象做详细介绍。
 
 
图1  阻抗不匹配波形
 
解释边沿台阶是怎么出现的,如何消除,对总线有何影响;
 
一、边沿台阶的源头
在CAN总线的网络布局中,手牵手直线型拓扑是最理想最常规的布局;但是在实际现场中,经常会出现分支的现象。这里重点提一下,在计算CAN总线长度的时候,分支(从收发器端至总线)长度也要加上。为此我们做了分支过长的实验,实验中CAN总线中有三个CAN节点,主干线长度为15米,其中一个节点的分支长度为1米,波特率为250k的情况下进行通信。下图为实验的CAN波形图,明显可以看到上升沿和下降沿存在台阶现象,从而引起波特率变化,导致接收节点采样出错(也称位宽错误)。
 
 
 
所以,边沿台阶出现的源头主要是CAN节点的分支,分支过长形成的反射就变强,将会导致位宽度失调的错误。ISO11898中只规定1M波特率下分支不超过0.3米,但是在其它情况下并没有做声明,这个便取决于现场工程师们的经验。
 
二、消除边沿台阶
边沿台阶是造成错误波形的罪魁祸首,那么该如何消除边沿台阶的现象呢?下文将从源头以及补救措施上分别介绍一些可靠有效的方法。
 
1. 减少分支长度
在CAN网络布局的根源上解决问题的方式就是减少CAN节点的分支长度,从而降低信号反射,保证位宽的稳定性。在上述实验中,其它条件不变,只将分支长度减少为20cm;下图为CAN波形图,此时并没有看到边沿台阶的出现。由此可见,减少分支长度是消除边沿台阶的最直接方式。
 
 
 
2. 长分支上加适当电阻
在网络布局无法改变,分支引起的信号反射必须存在的情况下。最实用的方法就是在长分支末端加上电阻,消除信号反射。同样的在上述实验中,在分支节点处加上一个200Ω的电阻,其它条件不变进行通信实验。下图为实验的CAN波形图,此时可以看到边沿台阶已被消减,但是加了电阻之后差分电压变小,注意差分电压不得小于0.9V。这里值得一提的是:阻值大于500Ω的电阻吸收反射的能力很弱,所以在末端挂电阻的时候应小于500Ω。
 
 
 
3. 缩短残端
前面提到分支长度指的是从节点收发器至总线处的距离,在节点设计之初,应选择TTL远传方式,因为TTL电平不受CAN电容影响,所以收发器应靠近接口摆放,以减少分支残段的长度,建议控制在10cm以内,可以保证阻抗连续。
 
TTL远传最直接的方式就是将CAN收发器紧挨着CAN主干线放置,这样就没有分支长度。光缆星型拓扑结构便是使用这种方式,如下图;CAN光纤收发器内置在盒子里面,使用TTL电平远传到另一个CAN光纤收发器,解决了节点随意变化问题(节点任意上下电或插拔)。
 
 
 
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