如何提高CAN總線接口防護(hù)設(shè)計(jì)的可靠性

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和控制技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的工業(yè)控制領(lǐng)域正經(jīng)歷著一場前所未有的變革，而工業(yè)控制的網(wǎng)絡(luò)化，更拓展了工業(yè)控制領(lǐng)域的發(fā)展空間，帶來新的發(fā)展機(jī)遇。在廣泛的工業(yè)領(lǐng)域，CAN總線可作為現(xiàn)場設(shè)備級(jí)的通信總線，而且與其他的總線相比，具有很高的可靠性和性能價(jià)格比。控制器局域網(wǎng)總線(CAN，Controller Area Network)是一種用于實(shí)時(shí)應(yīng)用的串行通訊協(xié)議總線，它可以使用雙絞線來傳輸信號(hào)，是世界上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。CAN總線是一種多主方式的串行通訊總線，基本設(shè)計(jì)規(guī)范要求有高的位速率，高抗電子干擾性，并且能夠檢測出產(chǎn)生的任何錯(cuò)誤。CAN總線可以應(yīng)用于汽車電控制系統(tǒng)、電梯控制系統(tǒng)、安全監(jiān)測系統(tǒng)、醫(yī)療儀器、紡織機(jī)械、船舶運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域。本篇碩凱電子的FAE工程師將從以下幾大方面幫您實(shí)現(xiàn)CAN總線接口防護(hù)設(shè)計(jì)可靠性的提高。

對(duì)于提高CAN總線的可靠性而言，離不開隔離、總線阻抗匹配、總線保護(hù)等，在設(shè)計(jì)CAN總線接口防護(hù)方案時(shí)要注意這些點(diǎn)以提高總線電路可靠性和安全性。

CAN總線的特點(diǎn)：

1、具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、傳輸距離較遠(yuǎn)、抗電磁干擾能力強(qiáng)、成本低等優(yōu)點(diǎn);

2、采用雙線串行通信方式，檢錯(cuò)能力強(qiáng)，可在高噪聲干擾環(huán)境中工作;

3、具有優(yōu)先權(quán)和仲裁功能，多個(gè)控制模塊通過CAN 控制器掛到CAN-bus 上，形成多主機(jī)局部網(wǎng)絡(luò);

4、可根據(jù)報(bào)文的ID決定接收或屏蔽該報(bào)文;

5、可靠的錯(cuò)誤處理和檢錯(cuò)機(jī)制;

6、發(fā)送的信息遭到破壞后，可自動(dòng)重發(fā);

7、節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下具有自動(dòng)退出總線的功能;

8、報(bào)文不包含源地址或目標(biāo)地址，僅用標(biāo)志符來指示功能信息、優(yōu)先級(jí)信息。

CAN總線的應(yīng)用

CAN總線在組網(wǎng)和通信功能上的優(yōu)點(diǎn)以及其高性價(jià)比據(jù)定了它在許多領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景和發(fā)展?jié)摿?。這些應(yīng)用有些共同之處：CAN實(shí)際就是在現(xiàn)場起一個(gè)總線拓?fù)涞挠?jì)算機(jī)局域網(wǎng)的作用。不管在什么場合，它負(fù)擔(dān)的是任一節(jié)點(diǎn)之間的實(shí)時(shí)通信，但是它具備結(jié)構(gòu)簡單、高速、抗干擾、可靠、價(jià)位低等優(yōu)勢。CAN總線最初是為汽車的電子控制系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的，目前在歐洲生產(chǎn)的汽車中CAN的應(yīng)用已非常普遍，不僅如此，這項(xiàng)技術(shù)已推廣到火車、輪船等交通工具中。

汽車電子CAN總線防護(hù)方案設(shè)計(jì)思路

CAN 總線的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實(shí)時(shí)性和靈活性。由于其良好的性能及獨(dú)特的設(shè)計(jì)，CAN總線越來越受到人們的重視，它在汽車領(lǐng)域上的應(yīng)用是最廣泛的。CAN總線是設(shè)計(jì)用于車內(nèi)控制和監(jiān)控功能的雙線通信總線。它們的線路有很大的可能性會(huì)暴露于瞬態(tài)浪涌，從而會(huì)導(dǎo)致未受保護(hù)的 CAN收發(fā)器出現(xiàn)故障。

為防止汽車在使用壽命期內(nèi)由于數(shù)據(jù)交換錯(cuò)誤而對(duì)司機(jī)造成危險(xiǎn)，汽車的安全系統(tǒng)要求數(shù)據(jù)傳輸具有較高的安全性。如果數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃宰銐蚋?，或者殘留下來的?shù)據(jù)錯(cuò)誤足夠低的話，這一目標(biāo)不難實(shí)現(xiàn)。從總線系統(tǒng)數(shù)據(jù)的角度看，可靠性可以理解為，對(duì)傳輸過程產(chǎn)生的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤的識(shí)別能力。

由于汽車啟動(dòng)瞬間或者感性負(fù)載的開關(guān)等原因，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)比較大的尖峰浪涌電壓，容易造成CAN控制芯片損壞，因此在線—線之間加入TVS二極管，進(jìn)行差模防護(hù)。在線—地之間各加入了一個(gè)TVS二極管，進(jìn)行共模防護(hù)。

汽車電子CAN總線防護(hù)方案說明及注意事項(xiàng)

1、前端采用通流量大的GDT，泄放大電流

2、后級(jí)采用反應(yīng)時(shí)間快的TVS，殘壓低，有效保護(hù)CAN控制芯片

3、中間采用PTC做退藕，讓前端GDT更容易動(dòng)作，達(dá)到泄放電流作用

4、方案需滿足IEC61000-4-2、GBT1762.2等靜電標(biāo)準(zhǔn)，IEC61000-4-5、GBT1762.5等浪涌標(biāo)準(zhǔn)

5、本方案在差模，共模均采用的是同型號(hào)的TVS和GDT，防護(hù)無死角

6、可通過10/700μS(等效內(nèi)阻40ohm)、1.2/50-8/20μS測試，具體防護(hù)等級(jí)需參考GDT和TVS二極管的通流量。

在 CAN總線技術(shù)的幫助下，內(nèi)部各種傳感器實(shí)現(xiàn)信息共享后，大大減少了車體內(nèi)線束和控制器的接口數(shù)量，避免了過多線束存在的互相干涉、磨損等隱患，降低了汽車電氣系統(tǒng)的故障發(fā)生率。打開發(fā)動(dòng)機(jī)艙蓋，看到的是清晰簡潔的艙內(nèi)布局。維修方面，CAN總線技術(shù)的應(yīng)用也使得故障排查得到最便利的保證。CAN總線智能 管家系統(tǒng)符合歐美OBDII標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)，實(shí)現(xiàn)了在線診斷的功能。在車輛發(fā)生故障后，各個(gè)控制器通過CAN總線智能管家系統(tǒng)存儲(chǔ)故障代碼，由專業(yè)人員，通過診斷儀為車輛診斷出各種故障狀態(tài)，快速準(zhǔn)確地查找到故障點(diǎn)，第一時(shí)間排除故障。利用CAN總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成的信息傳輸，大大提高了各部件的響應(yīng)速度，減少了配件磨損發(fā)生率，也相應(yīng)的降低了維修成本;而且，先進(jìn)集成技術(shù)的應(yīng)用，也大幅提高了車輛自身的科技含量，增強(qiáng)了產(chǎn)品競爭力。