硬件電路設(shè)計之CAN電路設(shè)計

1 簡介

CAN 是Controller Area Network 的縮寫，最早應(yīng)用于汽車領(lǐng)域，由于這些系統(tǒng)之間通信所用的數(shù)據(jù)類型及對可靠性的要求不盡相同，由多條總線構(gòu)成的情況很多，線束的數(shù)量也隨之增加。為適應(yīng)“減少線束的數(shù)量”、“通過多個LAN，進行大量數(shù)據(jù)的高速通信”的需要，1986 年德國電氣商博世公司開發(fā)出面向汽車的CAN 通信協(xié)議。此后，CAN 通過ISO11898 及ISO11519 進行了標準化，現(xiàn)在在歐洲已是汽車網(wǎng)絡(luò)的標準協(xié)議。

現(xiàn)在CAN通信已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域，例如醫(yī)療，工業(yè)等領(lǐng)域。CAN 控制器根據(jù)兩根線上的電位差來判斷總線電平?？偩€電平分為顯性電平和隱性電平，二者必居其一。發(fā)送方通過使總線電平發(fā)生變化，將消息發(fā)送給接收方。

在總線上顯性電平具有優(yōu)先權(quán)，只要有一個單元輸出顯性電平，總線上即為顯性電平。而隱形電平則具有包容的意味，只有所有的單元都輸出隱性電平，總線上才為隱性電平（顯性電平比隱性電平更強）。另外，在CAN總線的起止端都有一個120Ω的終端電阻，來做阻抗匹配，以減少回波反射。

2 CAN總線特點

• 多主控制

當總線處于空閑狀態(tài)時，任何Device都可以發(fā)送消息，總線通過標志符號來決定發(fā)送優(yōu)先級。只有仲裁獲勝方可以繼續(xù)發(fā)送消息，其余Device可以立刻停止數(shù)據(jù)發(fā)送，進入數(shù)據(jù)接收狀態(tài)。

• 數(shù)據(jù)傳輸速率快

由于CAN通信采用的是差分通信的方式，其能傳輸更遠的距離，且傳輸?shù)乃俾首罡呖梢?Mbps。

• 支持多節(jié)點通信
  CAN通信可同時連接多個Device，且連接Device理論上是沒有上限的，但是Device數(shù)量過多可能會影響數(shù)據(jù)傳輸?shù)难訒r以及最高的傳輸速率。最高的通信速率不僅與傳輸線纜的長度有關(guān)，還與掛載節(jié)點的數(shù)量有關(guān)系。

3 CAN電平標準

CAN通信有高速CAN通信（ISO11898標準）和低速CAN通信（ISO11519-2標準）兩種，一般所說的CAN通常是ISO11898標準的高速CAN通信，其最高的傳輸速率為 1Mbps 。低速CAN的最高的傳輸速率為 125Kbps ，主要應(yīng)用于汽車領(lǐng)域，其具有較高的可靠性。

4 CAN電路設(shè)計

• TJA1050 CAN電路設(shè)計

TJA1050 供電采用5V供電，有些CAN收發(fā)器采用的3.3V供電，可直接連接至MCU。

• 建議在CAH_H和CAN_L之間添加共模電感，抑制共模噪聲。
• 在對外連接器上需要添加TVS管，防止靜電損壞內(nèi)部電子元器件。
• 建議將120Ω電阻差分為兩個60Ω電阻，中間連接一個4.7pF對地電容，能有效濾除信號中干擾。

• ISO1042BQDWVRQ1 隔離CAN電路設(shè)計

隔離CAN電路能將板載與CAN總線完全隔離，但是需要注意的是電源部分也需要進行隔離。

隔離電源UCC12051DVE-Q1的設(shè)計見下：

• 不使用CAN收發(fā)器通信

經(jīng)常會有這樣的一種使用場景：同一板載上兩個MCU之間進行CAN通信。此時，我們就會考慮能否直接將CAN_TX連接至CAN_RX,CAN_RX連接至CAN_TX(見下圖)？答案是 否定的 。

CAN_RX需要去監(jiān)聽CAN_TX的狀態(tài)，我們不能簡單的直接這樣互聯(lián)。對于CAN通信的每個節(jié)點，可以通過一個二極管實現(xiàn)CAN_RX對CAN_TX的監(jiān)聽，具體的電路如下：

這種通信方式親測可用，但是還是不建議使用。