【導讀】CAN總線由其高可靠和實時性被廣泛應用于新能源汽車、軌道交通、醫(yī)療、工程機械等行業(yè)，但是由于大部分行業(yè)工作環(huán)境都比較惡劣，所以提高總線抗干擾能力是目前行業(yè)用戶最為關注的方向。
常見CAN總線干擾現(xiàn)象
如下為一條流水線有兩路CAN總線，一條總線有22個控制節(jié)點，每當啟動工作時就會出現(xiàn)嚴重的失控狀態(tài)，流水線都是通過電機驅動的。在使用CANScope測試發(fā)現(xiàn)，在未啟動電機情況下，幀統(tǒng)計結果顯示100%成功率，如圖1所示。
圖1 正常工作幀統(tǒng)計
此時CAN波形圖如圖2所示。
圖2 正常波形
然而當電機啟動之后，CAN總線質量急劇下滑，使用CANScope幀統(tǒng)計結果顯示成功率僅僅為16.33%，如圖3所示。
圖3 干擾時幀統(tǒng)計
此時的CAN波形圖如圖4所示，可見干擾導致波形嚴重畸變。
圖4 干擾時波形
干擾導致幀錯誤增加，重發(fā)頻繁，正確數(shù)據不能及時到達。所以如何解決干擾帶來的困擾呢，下面就為大家介紹CAN總線抗干擾的六大解決方案。
一、增加CAN接口電氣隔離
干擾不但影響信號，更嚴重的會導致板子死機或者燒毀，所以接口和電源的隔離是抗干擾的第一步。隔離的主要目的是：避免地回流燒毀電路板和限制干擾的幅度。未隔離時，兩個節(jié)點的地電位不一致，導致有回流電流，產生共模信號，CAN的抗共模干擾能力是-12~7V，超過這個差值則出現(xiàn)錯誤，如果共模差超過±36V，燒毀收發(fā)器或者電路板。
傳統(tǒng)用戶都采用分立器件自己搭建隔離電路的方式，如今大家更青睞使用隔離收發(fā)器做防護隔離。如圖所示的CTM系列隔離收發(fā)器的總線隔離技術，與傳統(tǒng)分立器件方案相比，產品具備更高的集成度與可靠性，能夠有效提升總線通信防護等級，極大程度降低用戶的采購與生產成本，大幅縮短開發(fā)周期。增加CTM隔離模塊后，如圖5所示。隔絕了地回流，限制了干擾幅度。
圖5 CAN接口電氣隔離
二、共收發(fā)器的信號地
共CAN收發(fā)器的信號地，并且CAN使用三線制信號傳輸。可以有效抑制共模干擾。注意圖6中屏蔽層為近距離外殼等電勢的情況下的接線方法。
圖6 CAN信號共地
三、CAN線保證屏蔽效果與正確接地
帶屏蔽層的CAN線，可以良好地抵御電場的干擾，等于整個屏蔽層是一個等勢體，避免CAN導線受到干擾。如圖所示，為一個標準的屏蔽雙絞線，CANH和CANL通過鋁箔和無氧銅絲屏蔽網包裹。需要注意的是和與接插件的連接，在連接部分允許有短于25mm的電纜不用雙絞。
圖7 屏蔽雙絞線
使用屏蔽線后，在屏蔽層沒有良好接大地前，屏蔽線是不起作用的。所以我們要選擇一種接地方式。這里有三種外殼接地法：屏蔽層單點接地、屏蔽層分段屏蔽法、多點接地可以加快高頻干擾信號的泄放。在CAN的應用場合，由于距離一般都較遠，所以大部分采用屏蔽層單點接地的原則，在干線上找一點將屏蔽層用導線直接接地，該點應是所受干擾最小的點，同時該點位于網絡中心附近。
圖8 屏蔽層分段屏蔽法
四、提高CAN線雙絞程度
CAN總線為了提高抗干擾能力，采用CANH和CANL差分傳輸，達到效果就是遇到干擾后，可以“同上同下”，最后CANH-CANL的差分值保持不變。如圖9所示。
圖9 差分干擾示意
CANH和CANL要緊密地絞在一起，通常雙絞線只有33絞/米，而在強干擾場合，雙絞程度要到45-55絞/米才能達到較好的抗干擾效果。另外線纜的芯截面積要大于0.35~0.5mm²，CAN_H對CAN_L的線間電容小于75pF/m，如果采用屏蔽雙絞線，CAN_H(或CAN_L)對屏蔽層的電容小于110pF/m。可以更好地降低線纜阻抗，從而降低干擾時抖動電壓的幅度。
五、增加信號保護器
增加信號保護器，提高抗浪涌群脈沖等EMC能力。上面的隔離只是阻擋，如果干擾強度很高，比如達到2KV浪涌，隔離也會被破壞。所以要想達到更高的防護等級，必須增加防浪涌電路。如圖10所示，為ZLG致遠電子高速總線標準防浪涌保護電路。
圖10 信號保護電路
六、CAN轉光纖傳輸
增加CAN轉光纖轉換器。解決超強干擾（比如遠程激光與電磁脈沖發(fā)射裝置）與雷擊問題，光纖是一種無法被電磁干擾的傳輸介質，如圖11所示，為使用ZLG致遠電子的CANHub-AF1S1和CANHub-AF2S2組合的光纖主干網絡。
圖11 光纖傳輸
來源：ZLG致遠電子，原創(chuàng)：AE
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