CAN總線節(jié)點(diǎn)數(shù)計(jì)算與外圍電路參考設(shè)計(jì)

摘要

隨著汽車內(nèi)各個(gè)系統(tǒng)的控制都在向智能化和自動(dòng)化轉(zhuǎn)變，汽車電氣系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜，不同的汽車OEM和Tier-1廠商紛紛研究定義不同汽車總線標(biāo)準(zhǔn)，以減少線束網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度和降低電子系統(tǒng)的故障，同時(shí)降低整車成本。其中CAN總線在汽車總線中應(yīng)用最為廣泛，采用合適的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟约疤嵘?a href="http://www.ttokpm.com/tags/emc/" target="_blank">EMC性能對(duì)CAN收發(fā)器在環(huán)境復(fù)雜的汽車應(yīng)用中有著重要意義。納芯微推出了多款可以實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)應(yīng)用的CAN收發(fā)器。本篇應(yīng)用筆記主要對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)量計(jì)算以及收發(fā)器的外圍電路設(shè)計(jì)選擇進(jìn)行介紹。

1. CAN總線節(jié)點(diǎn)數(shù)計(jì)算

一個(gè)CAN網(wǎng)絡(luò)中，總線所能支持掛載的最大節(jié)點(diǎn)數(shù)是衡量CAN收發(fā)器性能的一個(gè)重要參數(shù)。影響CAN 總線節(jié)點(diǎn)數(shù)量的因素可以從CAN收發(fā)器的物理層和協(xié)議層兩個(gè)方面去考慮。

首先物理層方面，總線節(jié)點(diǎn)的輸出差分電壓大小決定了CAN總線電平能否被正常識(shí)別，通訊能否正常進(jìn)行，主要由總線負(fù)載電阻RL來決定，而RL取決千總線終端匹配電阻以及各節(jié)點(diǎn)總線差分輸入電阻 Rdif,我們可以通過如下方式從物理層角度去估算—個(gè) CAN網(wǎng)絡(luò)的最大節(jié)點(diǎn)數(shù)。

圖1.1 n個(gè)節(jié)點(diǎn)的CAN網(wǎng)絡(luò)總線拓?fù)?/p>

上圖為掛載n個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)的總線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫疽鈭D，其中RT為終端匹配電阻，Rdif為CAN收發(fā)器的總線差分輸入電阻。可以通過電路等效的方法得到如下所示簡(jiǎn)易拓?fù)鋱D：

圖1.2 n個(gè)節(jié)點(diǎn)的CAN網(wǎng)絡(luò)等效電路圖

如上圖所示，Node 1作為信號(hào)發(fā)送，Node n作為信號(hào)接收。從Node 1端看進(jìn)去的線路等效電阻為：

將(1)式化簡(jiǎn)可得：

RT為終端匹配電阻，此處取120Ω；Rdif為差分輸入電阻，這里取20kΩ；RL可支持的負(fù)載電阻范圍為 45Ω~700Ω，當(dāng)RL=45Ω時(shí)，n取最大值為112。所以在此參數(shù)條件下的CAN總線網(wǎng)絡(luò)中，最多可支持掛載112個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)。

從協(xié)議層方面來考慮，當(dāng)總線節(jié)點(diǎn)數(shù)越多，總線越長(zhǎng)，線路寄生越大，對(duì)于本地節(jié)點(diǎn)信號(hào)自發(fā)自收的工況下，總線寄生越大，有可能導(dǎo)致回環(huán)回來的信號(hào)衰減較多，CAN控制器的采樣發(fā)生錯(cuò)誤，導(dǎo)致通訊異常；而對(duì)于相距較遠(yuǎn)兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行通信的工況下，中間節(jié)點(diǎn)越多，線路越長(zhǎng)，導(dǎo)致信號(hào)傳播延時(shí)較長(zhǎng)，接收端在接收到發(fā)送端發(fā)出的CAN信號(hào)后會(huì)進(jìn)行幀內(nèi)應(yīng)答(ACK)，傳播延時(shí)較長(zhǎng)可能導(dǎo)致應(yīng)答不及時(shí)，通訊失敗。所以在計(jì)算CAN總線最大掛載節(jié)點(diǎn)數(shù)時(shí)，應(yīng)考慮線路寄生以及傳播延時(shí)的影響，具體要求為由線路寄生較大引起的信號(hào)衰減不應(yīng)使得CAN控制器的采樣出現(xiàn)偏差，導(dǎo)致通訊異常；同時(shí)信號(hào)在傳輸路徑上的傳播延時(shí)應(yīng)小于1/2的位時(shí)間，保證接收節(jié)點(diǎn)能夠及時(shí)應(yīng)答，不會(huì)導(dǎo)致通訊失敗。

2.CAN總線外圍電路設(shè)計(jì)參考

在汽車應(yīng)用中，EMC問題是一個(gè)被廣泛關(guān)注的問題，而與傳統(tǒng)汽車相比，新能源汽車的EMC問題更加突出，因此對(duì)于汽車中大量使用的總線接口芯片的EMC性能要求也比較高。為了獲得較好的EMC性能，除了芯片設(shè)計(jì)的考慮之外，系統(tǒng)中芯片外圍電路的補(bǔ)充完善也是至關(guān)重要的。這一部分將著重介紹一下CAN芯片外圍電路的一些參考設(shè)計(jì)(如圖2.1所示)。

圖2.1 CAN總線外圍電路參考設(shè)計(jì)示意圖

納芯微電子（簡(jiǎn)稱納芯微，科創(chuàng)板股票代碼688052）是高性能高可靠性模擬及混合信號(hào)芯片公司。自2013年成立以來，公司聚焦傳感器、信號(hào)鏈、電源管理三大方向，為汽車、工業(yè)、信息通訊及消費(fèi)電子等領(lǐng)域提供豐富的半導(dǎo)體產(chǎn)品及解決方案。

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