常見的CAN接口異常情況及解決方法詳細說明

CAN總線應(yīng)用環(huán)境復(fù)雜多樣，可能會出現(xiàn)各種異常情況。本文列舉了常見的CAN接口異常情況及解決方法，幫您更加高效地分析及解決CAN接口應(yīng)用問題。

一、常見異常及解決方法

1.兩個節(jié)點近距離測試，低波特率通信正常，高波特率無法通信。

可能原因：未加終端電阻。由于CAN收發(fā)芯片內(nèi)部CANH、CANL引腳為開漏驅(qū)動，如圖1，在顯性狀態(tài)期間，總線的寄生電容會被充電，而在恢復(fù)到隱性狀態(tài)時，這些電容需要放電。如果CANH、CANL之間沒有放置任何阻性負載，電容只能通過收發(fā)器內(nèi)部阻值較大的差分電阻放電。如果放電速度過慢，就會出現(xiàn)通信問題。

解決方法：增加終端電阻。

圖1 CAN收發(fā)器結(jié)構(gòu)示意圖

2.組網(wǎng)節(jié)點數(shù)少，通信正常，增加節(jié)點后，通信異常。

可能原因：總線電容過大?？偩€電容過大會影響CAN差分波形上升下降速度，如圖2。

解決方法：

a.檢查CAN節(jié)點接口的外圍電路，是否有外加電容、TVS管等器件，適當去除，以降低電容；

b.降低工作波特率。波特率降低可以延長位時間，減小電容的影響，但若電容過大，則不一定有效。

圖2 總線電容影響波形圖

3.應(yīng)用中易損壞，更換模塊后正常。

可能原因：保護不足。CAN模塊由于體積受限，內(nèi)部保護電路等級不高。在一些環(huán)境惡劣的應(yīng)用現(xiàn)場，干擾能量過大易造成損壞。

解決方法：根據(jù)損壞情況適當增加保護電路。圖3是推薦的典型保護電路圖，電源端口有TVS保護，CAN接口有三級電路保護，可以抑制大能量的雷擊浪涌。

圖3 典型保護電路

4.5V模塊匹配3.3V MCU，錯誤幀多或發(fā)不出數(shù)據(jù)。

可能原因：電平不匹配。5V模塊匹配3.3V MCU在測試中可能并無異常，但由于某些參數(shù)的微小變化，就會導(dǎo)致電平不能正常識別。圖4標示了模塊TXD輸入高電平的最低值0.7VCC，如小于該值，則存在風險。

解決方法：選擇3.3V模塊匹配3.3V MCU，或增加電平轉(zhuǎn)換電路。

圖4 CAN模塊輸入?yún)?shù)

5.近距離通信正常，遠距離無法通信。

可能原因：a.CAN速率過高。由于CAN總線的仲裁機理，其對延時有著非常嚴格的要求。線纜延時的存在，使得導(dǎo)線長度制約著實際應(yīng)用中CAN的最高工作速率。CAN速率與通信距離成反比，速率越高，通信距離越短。b. 線纜阻抗大，遠端信號幅值過低。

解決方法：

a.降低速率，或縮短總線長度，可參考圖5線纜長度與波特率的關(guān)系；

b.換用阻抗小的電線纜，或適當增大終端電阻值，可參考圖6線纜長度與直流參數(shù)推薦。

圖5 線纜長度與波特率的關(guān)系

圖6 線纜長度與直流參數(shù)推薦

二、通過測試定位問題

當通過現(xiàn)有信息無法判斷問題所在時，則需要對CAN接口進行測試，定位問題點。已推測出問題所在時，也可以對CAN接口進行測試，以驗證推測與解決效果。

1.阻抗測量

在產(chǎn)品斷電、或從PCB卸下后，使用數(shù)字萬用表測量模塊各引腳阻抗是否異常，如圖7。若出現(xiàn)短路情況，說明模塊或相關(guān)聯(lián)電路有損壞現(xiàn)象。 測試時，TXD、RXD、VCC以GND為參考；CANH、CANL以CANG為參考。

圖7 阻抗測量示意

2.檢測模塊供電電壓

產(chǎn)品上電，使用數(shù)字萬用表測量模塊VCC-GND之間電壓，電壓應(yīng)該在模塊正常供電范圍內(nèi)，如圖8。若電壓值明顯低于正常范圍，且模塊發(fā)熱嚴重，則內(nèi)部可能存在短路情況。若模塊發(fā)熱量正常（常規(guī)溫升15℃），則需要檢查外部供電電路是否異常。

圖8 供電測試示意圖

3.檢測發(fā)送波形

使用示波器測試TXD引腳，以及CANH、CANL的差分波形，檢查波形的幅值大小、波特率、波形質(zhì)量、TXD和CAN差分波形是否對應(yīng)等，如圖9、圖10。

圖9 發(fā)送波形測試示意圖

圖10 TXD與CAN差分波形

4.檢測接收波形

使用示波器測試RXD引腳，以及CANH、CANL的差分波形，檢查波形的幅值大小、波特率、波形質(zhì)量、RXD和CAN差分波形是否對應(yīng)等，如圖11、圖12。

圖11 接收波形測試示意圖

圖12 CAN差分與RXD波形圖

5.檢測CAN總線波形

使用示波器測試CANH、CANL的波形，檢查顯性電平、隱性電平、位時間等參數(shù)是否正確。如圖13、圖14。

圖13 CAN總線波形測試示意圖

圖14 CANH、CANL總線波形

如果經(jīng)過以上測試，均未發(fā)現(xiàn)CAN收發(fā)器異常情況，則可基本排除硬件問題，進一步分析需要進行軟件層面的故障排查。