幾個小步驟教你如何有效提高CAN總線抗干擾能力

CAN總線由其高可靠和實時性被廣泛應用于新能源汽車、軌道交通、醫(yī)療、工程機械等行業(yè)，但是由于大部分行業(yè)工作環(huán)境都比較惡劣，所以提高總線抗干擾能力是目前行業(yè)用戶最為關注的方向。

常見CAN總線干擾現象

如下為一條流水線有兩路CAN總線，一條總線有22個控制節(jié)點，每當啟動工作時就會出現嚴重的失控狀態(tài)，流水線都是通過電機驅動的。在使用CANScope測試發(fā)現，在未啟動電機情況下，幀統(tǒng)計結果顯示100%成功率，如圖1所示。

圖1 正常工作幀統(tǒng)計

此時CAN波形圖如圖2所示。

圖2 正常波形

然而當電機啟動之后，CAN總線質量急劇下滑，使用CANScope幀統(tǒng)計結果顯示成功率僅僅為16．33%，如圖3所示。

圖3 干擾時幀統(tǒng)計

此時的CAN波形圖如圖4所示，可見干擾導致波形嚴重畸變。

圖4 干擾時波形

干擾導致幀錯誤增加，重發(fā)頻繁，正確數據不能及時到達。所以如何解決干擾帶來的困擾呢，下面就為大家介紹CAN總線抗干擾的六大解決方案。

一、增加CAN接口電氣隔離

干擾不但影響信號，更嚴重的會導致板子死機或者燒毀，所以接口和電源的隔離是抗干擾的第一步。隔離的主要目的是：避免地回流燒毀電路板和限制干擾的幅度。未隔離時，兩個節(jié)點的地電位不一致，導致有回流電流，產生共模信號，CAN的抗共模干擾能力是-12～7V，超過這個差值則出現錯誤，如果共模差超過±36V，燒毀收發(fā)器或者電路板。

傳統(tǒng)用戶都采用分立器件自己搭建隔離電路的方式，如今大家更青睞使用隔離收發(fā)器做防護隔離。如圖所示的CTM系列隔離收發(fā)器的總線隔離技術，與傳統(tǒng)分立器件方案相比，產品具備更高的集成度與可靠性，能夠有效提升總線通信防護等級，極大程度降低用戶的采購與生產成本，大幅縮短開發(fā)周期。增加CTM隔離模塊后，如圖5所示。隔絕了地回流，限制了干擾幅度。

圖5 CAN接口電氣隔離

二、共收發(fā)器的信號地

共CAN收發(fā)器的信號地，并且CAN使用三線制信號傳輸?？梢杂行б种乒材８蓴_。注意圖6中屏蔽層為近距離外殼等電勢的情況下的接線方法。

圖6 CAN信號共地

三、CAN線保證屏蔽效果與正確接地

帶屏蔽層的CAN線，可以良好地抵御電場的干擾，等于整個屏蔽層是一個等勢體，避免CAN導線受到干擾。如圖所示，為一個標準的屏蔽雙絞線，CANH和CANL通過鋁箔和無氧銅絲屏蔽網包裹。需要注意的是和與接插件的連接，在連接部分允許有短于25mm的電纜不用雙絞。

圖7 屏蔽雙絞線使用屏蔽線后，在屏蔽層沒有良好接大地前，屏蔽線是不起作用的。所以我們要選擇一種接地方式。這里有三種外殼接地法：屏蔽層單點接地、屏蔽層分段屏蔽法、多點接地可以加快高頻干擾信號的泄放。在CAN的應用場合，由于距離一般都較遠，所以大部分采用屏蔽層單點接地的原則，在干線上找一點將屏蔽層用導線直接接地，該點應是所受干擾最小的點，同時該點位于網絡中心附近。

圖8 屏蔽層分段屏蔽法

四、提高CAN線雙絞程度

CAN總線為了提高抗干擾能力，采用CANH和CANL差分傳輸，達到效果就是遇到干擾后，可以“同上同下”，最后CANH-CANL的差分值保持不變。如圖9所示。

圖9 差分干擾示意

CANH和CANL要緊密地絞在一起，通常雙絞線只有33絞/米，而在強干擾場合，雙絞程度要到45-55絞/米才能達到較好的抗干擾效果。另外線纜的芯截面積要大于0．35～0．5mm2，CAN_H對CAN_L的線間電容小于75pF/m，如果采用屏蔽雙絞線，CAN_H（或CAN_L）對屏蔽層的電容小于110pF/m。可以更好地降低線纜阻抗，從而降低干擾時抖動電壓的幅度。

五、增加信號保護器

增加信號保護器，提高抗浪涌群脈沖等EMC能力。上面的隔離只是阻擋，如果干擾強度很高，比如達到2KV浪涌，隔離也會被破壞。所以要想達到更高的防護等級，必須增加防浪涌電路。如圖10所示，為ZLG致遠電子高速總線標準防浪涌保護電路。

圖10 信號保護電路

六、CAN轉光纖傳輸

增加CAN轉光纖轉換器。解決超強干擾（比如遠程激光與電磁脈沖發(fā)射裝置）與雷擊問題，光纖是一種無法被電磁干擾的傳輸介質，如圖11所示，為使用ZLG致遠電子的CANHub-AF1S1和CANHub-AF2S2組合的光纖主干網絡。

圖11 光纖傳輸

編輯：jq