深入探析CAN收發(fā)器各項(xiàng)參數(shù)

CAN收發(fā)器是連接CAN控制系統(tǒng)與CAN總線網(wǎng)絡(luò)的橋梁，當(dāng)選型CAN收發(fā)器時(shí)應(yīng)該注意哪些參數(shù)？本文將帶大家深入的了解收發(fā)器的每項(xiàng)參數(shù)與其在實(shí)際應(yīng)用中的意義。輸入特性

對(duì)于隔離CAN收發(fā)器，輸入主要指連接CAN控制器一側(cè)的輸入特性，包含電源輸入與信號(hào)輸入。

根據(jù)控制器的CAN接口電壓可選擇3.3V或5V供電的CAN模塊，隔離CAN模塊正常輸入范圍為VCC±5%，主要考慮CAN總線電平能保持在典型值范圍內(nèi)，同時(shí)也使次級(jí)的CAN芯片工作在標(biāo)稱電源電壓附近。

對(duì)于單獨(dú)的CAN收發(fā)芯片，需要對(duì)芯片的VIO引腳接入與TXD信號(hào)電平相同的參考電壓，以匹配信號(hào)電平，若沒(méi)有VIO引腳，則應(yīng)保持信號(hào)電平與VCC保持一致。使用CTM系列隔離收發(fā)器時(shí)需要匹配TXD的信號(hào)電平與供電電壓一致，即3.3V標(biāo)準(zhǔn)CAN控制器接口或5V標(biāo)準(zhǔn)CAN控制器接口。

傳輸特性

CAN收發(fā)器的傳輸特性主要為三個(gè)參數(shù)：發(fā)送延遲、接收延遲、循環(huán)延遲。

選擇CAN收發(fā)器時(shí)我們認(rèn)為其延遲參數(shù)越小越好，但小的傳輸延遲會(huì)帶來(lái)什么好處，是什么因素限定了CAN網(wǎng)絡(luò)的傳輸延遲？

圖1 CAN收發(fā)器延遲特性

在CAN協(xié)議中，發(fā)送節(jié)點(diǎn)通過(guò)TXD發(fā)送數(shù)據(jù)的同時(shí)，RXD也在監(jiān)測(cè)總線狀態(tài)。若RXD監(jiān)位與發(fā)送位不一致，則節(jié)點(diǎn)檢測(cè)到一個(gè)位錯(cuò)誤。若在仲裁場(chǎng)監(jiān)測(cè)到的與實(shí)際發(fā)送不符，則節(jié)點(diǎn)停止發(fā)送，即總線上有多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)，該節(jié)點(diǎn)沒(méi)有獲得數(shù)據(jù)發(fā)送優(yōu)先權(quán)。

同樣在數(shù)據(jù)校驗(yàn)和ACK響應(yīng)位，均需要RXD實(shí)時(shí)獲取到總線的數(shù)據(jù)狀態(tài)。比如網(wǎng)絡(luò)正常通訊中，排除節(jié)點(diǎn)異常，為了可靠接收到ACK響應(yīng)，就要保證ACK位在一定的時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)娇刂破鞯腞XD寄存器中，否則發(fā)送節(jié)點(diǎn)將檢測(cè)到一個(gè)應(yīng)答錯(cuò)誤。在1Mbps下設(shè)定采樣位置為70%。則從TXD發(fā)送，到RXD接收到ACK位，控制器會(huì)在ACK位時(shí)間起始的70%時(shí)間點(diǎn)采樣，即整個(gè)CAN網(wǎng)絡(luò)的循環(huán)延遲要小于700ns。

在隔離CAN網(wǎng)絡(luò)中，這個(gè)參數(shù)主要由隔離器延遲，CAN驅(qū)動(dòng)器延遲，線纜長(zhǎng)度決定。因此小的延遲時(shí)間有助于ACK位的可靠采樣， 增長(zhǎng)總線長(zhǎng)度。如圖2為使用CTM1051KAT收發(fā)器兩個(gè)節(jié)點(diǎn)通訊的ACK響應(yīng)。收發(fā)器固有的典型延遲時(shí)間約為120ns。

圖2 CAN網(wǎng)絡(luò)ACK響應(yīng)

總線電平

在ISO11898-2規(guī)定的高速CAN網(wǎng)絡(luò)中，通常我們關(guān)心差分信號(hào)的幅值，這是總線數(shù)據(jù)傳輸?shù)年P(guān)鍵。目前有少數(shù)支持3.3V供電的CAN收發(fā)芯片，可直接應(yīng)用于3.3V的控制系統(tǒng)中。

由于CAN收發(fā)器的結(jié)構(gòu)特性，CANH、CANL電平與電源相關(guān)，雖然5V與3.3V工作電壓的CAN收發(fā)器輸出差分電平典型值相同，但3.3V收發(fā)器CANH、CANL相對(duì)于參考GND的幅值偏低，為2V左右，如TI的TCAN334。使用這兩種不同收發(fā)器組網(wǎng)，使用一般雙絞線或屏蔽雙絞線單點(diǎn)接地則完全可正常工作。若使用雙層屏蔽雙絞線，由于CANH、CANL、GND均為信號(hào)連接，則會(huì)因?yàn)閮煞N收發(fā)器的總線電壓對(duì)地幅值不同會(huì)造成通信異常。因此實(shí)際使用要避免其GND直接連接。

圖3 收發(fā)器總線電平

顯性超時(shí)

顯性超時(shí)的增加主要是為了防止CAN總線網(wǎng)絡(luò)由于硬件或軟件故障使得TXD長(zhǎng)期處于“0”電平狀態(tài)。TXD保持“0”意味著CAN網(wǎng)絡(luò)為顯性電平，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的所有節(jié)點(diǎn)都不能收發(fā)數(shù)據(jù)，即總線處于癱瘓狀態(tài)。顯性超時(shí)可以通過(guò)收發(fā)器的硬件計(jì)時(shí)避免總線出現(xiàn)這種情況。

如圖4所示，Tdom為顯性超時(shí)時(shí)長(zhǎng)，每次TXD為“0”時(shí)收發(fā)器開(kāi)始計(jì)時(shí)，超過(guò)Tdom時(shí)收發(fā)器內(nèi)部釋放總線，總線狀態(tài)處于隱性電平。不同收發(fā)器的顯性超時(shí)時(shí)間不同，實(shí)際應(yīng)用需要考慮顯性超時(shí)時(shí)間對(duì)總線最低波特率的影響。CAN協(xié)議規(guī)定錯(cuò)誤幀最多可以有11個(gè)連續(xù)的顯性位，為了避免顯性超時(shí)不對(duì)其造成影響，可以根據(jù)收發(fā)器的最小顯性超時(shí)時(shí)間計(jì)算實(shí)際使用的最低波特率。

BPSMin = 11/Tdom_min

如CTM1051Q的顯性超時(shí)時(shí)間為0.3ms，則計(jì)算最小波特率為11/0.3=36.67kbps。

圖4 顯性超時(shí)時(shí)序

睡眠喚醒

ISO11898-5給出了低功耗模式的高速CAN總線單元，CAN收發(fā)器可以處于睡眠模式以降低功耗，并通過(guò)一定的總線時(shí)序喚醒收發(fā)器。如圖 5為CTM1044KAT的喚醒時(shí)序圖，睡眠狀態(tài)下，當(dāng)總線出現(xiàn)長(zhǎng)度大于TWK的3個(gè)顯性、隱性、顯性的電平后，睡眠狀態(tài)的收發(fā)器即被喚醒，中途遇到的任何小于TWK的干擾信號(hào)電平將被硬件過(guò)濾。

TWK的定義是為了使收發(fā)器僅安全可靠地接收喚醒信號(hào)，避免由于總線干擾導(dǎo)致誤觸發(fā)。CAN控制器收到RXD信號(hào)后，可通過(guò)軟件設(shè)置觸發(fā)喚醒控制器，從而進(jìn)一步設(shè)置模塊STB引腳進(jìn)入正常工作模式。這種喚醒模式中，當(dāng)總線的所有節(jié)點(diǎn)都處于睡眠狀態(tài)時(shí)，只要總線某個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)出信號(hào)，所有節(jié)點(diǎn)都會(huì)被喚醒。

圖5 睡眠喚醒時(shí)序

總結(jié)

CAN收發(fā)器的選型有很多的學(xué)問(wèn)，關(guān)系到整體CAN網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性與可靠性。為保證組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定可靠，可以選擇目前主流的全隔離CAN收發(fā)器模塊。ZLG致遠(yuǎn)電子2003年發(fā)布國(guó)內(nèi)首款隔離CAN/RS-485收發(fā)器，已有近二十年的總線隔離技術(shù)積累。目前CTM系列隔離CAN收發(fā)器覆蓋CAN2.0A、CAN2.0B、容錯(cuò)CAN和CAN FD等所有CAN-bus通訊協(xié)議，傳輸速率最高支持1Mbps，是中國(guó)隔離CAN收發(fā)器行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)品牌。

ZLG致遠(yuǎn)電子隔離收發(fā)器內(nèi)置完整的隔離DC-DC電路、信號(hào)隔離電路、CAN總線收發(fā)電路以及總線防護(hù)電路，具備更高的集成度與可靠性，適用于需要高穩(wěn)定性總線通訊的場(chǎng)合，能夠有效幫助用戶提升總線通信防護(hù)等級(jí)。