为什么CAN总线要隔离以及CAN总线抗干扰的解决方案

2023-11-05 07:50

本文主要是介绍为什么CAN总线要隔离以及CAN总线抗干扰的解决方案,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

           CAN总线虽然有强大的抗干扰和纠错重发机制,但目前CAN被大量应用于比如新能源汽车、轨道交通、医疗、煤矿、电机驱动等行业,而这些场合的电磁环境比较严重,所以如何抗干扰是工程师最为关心的话题。

            假如有一个用户,一条流水线有两路CAN总线,一条总线有22个控制节点,每当启动模台就会出现严重的失控状态,模台下是由很多电机驱动的,而操控台下放着变频器。使用CANScope测试发现,在未启动电机情况下,控制台的CAN通信正常,帧统计结果显示100%成功率,如图所示。

            

然而当模台电机启动之后,CAN总线质量急剧下滑,帧统计结果显示成功率仅仅为16.33%,干扰导致帧错误增加,重发频繁,正确数据不能及时到达。所以如何解决干扰带来的困扰呢,下面就为大家介绍CAN总线抗干扰的解决方案。

  增加CAN接口电气隔离

干扰不但影响信号,更严重的会导致板子死机或者烧毁,所以接口和电源的隔离是抗干扰的第一步。隔离的主要目的是:避免地回流烧毁电路板和限制干扰的幅度。如图5所示,未隔离时,两个节点的地电位不一致,导致有回流电流,产生共模信号,CAN的抗共模干扰能力是-12~7V,超过这个差值则出现错误,如果共模差超过±36V,烧毁收发器或者电路板。

传统用户都采用分立器件自己搭建隔离电路的方式,如今大家更青睐使用隔离收发器做防护隔离。如图6所示的CTM系列隔离收发器的总线隔离技术,与传统分立器件方案相比,产品具备更高的集成度与可靠性,能够有效提升总线通信防护等级,极大程度降低用户的采购与生产成本,大幅缩短开发周期。

  共CAN收发器的信号地

共CAN收发器的信号地,并且CAN使用三线制信号传输。可以有效抑制共模干扰。注意图8中屏蔽层为近距离外壳等电势的情况下的接线方法。

  CAN线保证屏蔽效果与正确接地

带屏蔽层的CAN线,可以良好地抵御电场的干扰,等于整个屏蔽层是一个等势体,避免CAN导线受到干扰。如图9所示,为一个标准的屏蔽双绞线,CANH和CANL通过铝箔和无氧铜丝屏蔽网包裹,如图9所示。需要注意的是和与接插件的连接,在连接部分允许有短于25mm的电缆不用双绞。

使用屏蔽线后,在屏蔽层没有良好接大地前,屏蔽线是不起作用的。所以我们要选择一种接地方式。这里有三种外壳接地法:屏蔽层单点接地,可以避免地回流(不同位置的地电位不同而导致的产生电流),如图10所示。节点信号地阻容接自身外壳,如图所示。屏蔽层分段屏蔽法,如图所示,多点接地可以加快高频干扰信号的泄放,屏蔽层单点接地可以避免地回流,所以要根据实际情况选择合适的接地方式。

  提高CAN线双绞程度

CAN总线为了提高抗干扰能力,采用CANH和CANL差分传输,达到效果就是遇到干扰后,可以“同上同下”,最后CANH-CANL的差分值保持不变。如图所示

CANH和CANL要紧密地绞在一起,通常双绞线只有33绞/米,而在强干扰场合,双绞程度要到45-55绞/米才能达到较好的抗干扰效果。另外线缆的芯截面积要大于0.35~0.5mm²,CAN_H对CAN_L的线间电容小于75pF/m,如果采用屏蔽双绞线,CAN_H(或CAN_L)对屏蔽层的电容小于110pF/m。可以更好地降低线缆阻抗,从而降低干扰时抖动电压的幅度。

  增加信号保护器

增加信号保护器,提高抗浪涌群脉冲等EMC能力。上面的隔离只是阻挡,如果干扰强度很高,比如达到2KV浪涌,隔离也会被破坏。所以要想达到更高的防护等级,必须增加防浪涌电路。

 

注意,由于电容较大,一条总线最多增加2-3个保护器!

 

  CAN转为光纤传输

增加CAN转光纤转换器。解决超强干扰(比如远程激光与电磁脉冲发射装置)与雷击问题,光纤是一种无法被电磁干扰的传输介质,如图所示,为使用来可电子的LCAN-FOB组合的光纤主干网络

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