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值得收藏的六种解决CAN总线抗干扰的方法

ZLG致远电子 2019-07-23 08:33 次阅读

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。

前段时间有个做模台流水线的用户,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1所示。

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图1 模台静态状态下帧统计

此时CAN波形图如图2所示。

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图2 模台静态状态下波形图

然而当模台电机启动之后,CAN总线质量急剧下滑,使用CANScope帧统计结果显示成功率仅仅为16.33%,如图3所示。

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图3 模台动态态状态下帧统计

此时的CAN波形图如图4所示,可见干扰导致波形严重畸变。

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图4 模台动态态状态下波形图

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总线抗干扰的六大解决方案。

  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。

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图5 差分抗干扰示意图

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。

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图6 隔离CAN收发器

增加CTM隔离模块后,如图7所示。隔绝了地回流,限制了干扰幅度。

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图7 隔离地回流

  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。

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图8 CAN信号共地

  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。

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图9 屏蔽双绞线

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11所示。屏蔽层分段屏蔽法,如图12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。

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图10 屏蔽层单点接地

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图11 节点信号地阻容接自身外壳地

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图12 屏蔽层分段屏蔽法

在CAN的应用场合,由于距离一般都较远,所以大部分采用屏蔽层单点接地的原则,在干线上找一点将屏蔽层用导线直接接地,该点应是所受干扰最小的点,同时该点位于网络中心附近。

  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13所示。

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图13 差分抗干扰示意图

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。

表1 双绞线对磁干扰的衰减比

值得收藏的六种解决CAN总线抗干扰的方法

  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。如图14所示,为ZLG致远电子高速总线标准防浪涌保护电路

注意,由于电容较大,一条总线最多增加2-3个保护器!

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图14 信号保护电路

  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15所示,为使用ZLG致远电子的CANHub-AF1S1和CANHub-AF2S2组合的光纤主干网络。

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图15 使用光纤转换器实现光纤主干传输

以上就是今天跟大家分享的总线抗干扰的六种解决方案,在文章最后再补充在现场常用的两种手段吧。

1、CAN线远离干扰源

远离干扰源是最简单的抗干扰方法,如果CAN线与强电干扰源远离0.5米,干扰就基本影响不到了。可是在实际布线中,经常遇到空间太小而不得不和强电混在一起,如图16所示,为某新能源汽车的驱动系统,CAN线与驱动线混在一起,结果导致干扰很大。只要与CAN并行的驱动线,具备2A/秒的电流变化,就会耦合出强磁场而导致CAN线上出现干扰脉冲。所以CAN线必须要和电流会剧烈变化的线缆远离。比如继电器电磁阀逆变器、电机驱动线等。

值得收藏的六种解决CAN总线抗干扰的方法

图16 干扰现场图

而解决这个问题,只能尽量保证强电与弱电分开捆扎,距离上尽量远离。实在避不开,也要垂直交叉,也不能平行布线。

2、增加磁环或者共模电感

使用抗干扰的磁环,目的就是削弱特定频率的干扰的影响。如图17所示,为增加磁环的效果。CAN差分线缆可以两线一起加,或者单端单独加。

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图17 增加磁环

需要注意的是增加磁环或者共模电感时,不可随意添加,如果适应频率不对,则会影响正常信号通讯哦。

原文标题:CAN总线抗干扰的六种解决方案

文章出处:【微信号:ZLG_zhiyuan,微信公众号:ZLG致远电子】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

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TCAN4550 TCAN4550

SN55HVD233-SEP 采用增强型航天塑料封装且具有待机模式的耐辐射 3.3V CAN 收发器

SN55HVD233-SEP用于采用符合ISO 11898标准的控制器局域网(CAN)串行通信物理层的应用中。作为CAN收发器,该器件在差分CAN总线和CAN控制器之间提供发送和接收功能,信号速率高达1 Mbps。 SN55HVD233-SEP功能设计用于在特别恶劣的辐射环境中工作电线,过压,接地保护损耗至±16 V,以及过热(热关断)保护。该器件可在-7V至12V的共模范围内工作。此收发器是微处理器,FPGA或ASIC上的主机CAN控制器与卫星应用中使用的差分CAN总线之间的接口。 模式:R S ,引脚8 SN55HVD233-SEP提供三种操作模式:高速,斜率控制或低功耗待机模式。用户通过将引脚8直接接地来选择高速工作模式,允许驱动器输出晶体管尽可能快地接通和断开,不受上升和下降斜率的限制。用户可以通过以下方式调整上升和下降斜率。在引脚8处将电阻连接到地,因为斜率与引脚的输出电流成比例。斜率控制采用0Ω的电阻值实现,单端压摆率约为38 V /μs,最高压摆率为50kΩ,可实现约4 V /μs的压摆率。有关斜率控制的更多信息,请参阅应用和实现部分。 SN55HVD233-SEP进入低电流待机(仅监听)模式,在此模式下驱动器关闭如果对引脚8...
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SN55HVD233-SEP 采用增强型航天塑料封装且具有待机模式的耐辐射 3.3V CAN 收发器

TCAN1044-Q1 汽车类高速 CAN 收发器

TCAN1044x-Q1器件均为高速控制器局域网(CAN)收发器,满足ISO 11898-2:2016高速CAN规范的物理层要求,可提供CAN总线和CAN协议控制器之间的接口.TCAN1044x-Q1器件支持传统CAN和CAN FD网络,具有最高5Mbps的数据速率。部件号中带有“V”后缀的器件具有通过V IO 端子实现的内部逻辑电平转换功能,允许直接连接到1.8V,3.3V或5V控制器。这些器件具有低功耗待机模式,可通过ISO 11898-2:2016定义的唤醒模式( WUP)实现远程唤醒.TCAN1044x-Q1器件具有许多保护和诊断特性,包括热关断(TSD),驱动器显性超时(TXD DTO)和高达±42V的总线故障保护。 特性 AEC Q100:符合汽车类应用标准 器件温度等级1: -40°C至125° CT A 符合ISO 11898-2:2016和ISO 11898-5:2007物理层标准的要求 高达5Mbps的传统CAN和CAN FD支持 较短的对称传播延迟时间和快速循环次数增加时序余量 在有负载CAN网络中实现更快的数据速率< /li> I /O电压范围:1.8V至5V 优化了未上电时的性能 总线和逻辑终端为 结温范围:-40°C至150°C 可提供SOIC(8)封装和无引线VSON...
发表于 01-08 17:49 162次 阅读
TCAN1044-Q1 汽车类高速 CAN 收发器

TCAN1044V-Q1 汽车类高速 CAN 收发器

TCAN1044x-Q1器件均为高速控制器局域网(CAN)收发器,满足ISO 11898-2:2016高速CAN规范的物理层要求,可提供CAN总线和CAN协议控制器之间的接口.TCAN1044x-Q1器件支持传统CAN和CAN FD网络,具有最高5Mbps的数据速率。部件号中带有“V”后缀的器件具有通过V IO 端子实现的内部逻辑电平转换功能,允许直接连接到1.8V,3.3V或5V控制器。这些器件具有低功耗待机模式,可通过ISO 11898-2:2016定义的唤醒模式( WUP)实现远程唤醒.TCAN1044x-Q1器件具有许多保护和诊断特性,包括热关断(TSD),驱动器显性超时(TXD DTO)和高达±42V的总线故障保护。 特性 AEC Q100:符合汽车类 应用标准器件温度等级 1:–40°C 至 125°C TA符合 ISO 11898-2:2016 和 ISO 11898-5:2007 物理层标准的要求高达 5Mbps 的传统 CAN 和 CAN FD 支持较短的对称传播延迟时间和快速循环次数增加时序余量在有负载 CAN 网络中实现更快的数据速率I/O 电压范围:1.8V 至 5V优化了未上电时的性能总线和逻辑终端为高阻抗(运行总线或应用上无负载) 支持热插拔:总线和 RXD 输出端加电/断电时的无毛...
发表于 01-08 17:49 163次 阅读
TCAN1044V-Q1 汽车类高速 CAN 收发器

TLIN2441-Q1 具有集成电压稳压器和看门狗的汽车本地互联网络收发器

TLIN2441-Q1是一款LocalInterconnect网络(LIN)物理层收发器,具有集成的低压差稳压器,唤醒和保护功能,符合LIN 2.0标准,LIN 2.1,LIN 2.2,LIN2.2A和ISO /DIS17987-4.2标准.TLIN2441-Q1集成了基于窗口或超时的看门狗监控器,可通过PIN或SPI进行配置和控制。 TLIN2441-Q1看门狗由PIN捆扎或SPI控制,具体取决于上电时引脚9的状态。 LIN是一种单线双向总线,通常用于低速车载网络,数据速率高达20 kbps。 LIN接收器支持高达100 kbps的数据速率,用于行结束编程。 TLIN2441-Q1使用限流波形整形驱动器将TXD输入上的LIN协议数据流转换为LIN总线信号,从而减少电磁辐射(EME)。接收器将数据流转换为逻辑电平信号,通过开漏RXDpin发送到微处理器。 使用休眠模式可以实现超低电流消耗,允许通过LIN总线或引脚唤醒。 LIN总线有两种状态:显性状态(接近电压)和隐性状态(电池附近的电压)。在隐性状态下,LIN总线通过内部上拉电阻(45kΩ)和串联二极管拉高。从应用程序不需要外部上拉组件。主应用需要一个外部上拉电阻(1kΩ)和LIN规范的串联二极管。 特性 AEC Q...
发表于 01-08 17:48 104次 阅读
TLIN2441-Q1 具有集成电压稳压器和看门狗的汽车本地互联网络收发器

TLIN1441-Q1 具有集成电压稳压器和看门狗的汽车本地互联网络收发器

TLIN1441-Q1是一款LocalInterconnect网络(LIN)物理层收发器,具有集成的低压差稳压器,唤醒和保护功能,符合LIN 2.0标准,LIN 2.1,LIN 2.2,LIN2.2A和ISO /DIS17987-4.2标准.TLIN1441-Q1集成了一个基于窗口或超时的看门狗监控器,可通过PIN或SPI进行配置和控制。 TLIN1441-Q1看门狗由PIN捆扎或SPI控制,具体取决于上电时引脚9的状态。 LIN是一种单线双向总线,通常用于低速车载网络,数据速率高达20 kbps。 LIN接收器支持高达100 kbps的数据速率,用于行结束编程。 TLIN1441-Q1使用限流波形整形驱动器将TXD输入上的LIN协议数据流转换为LIN总线信号,从而减少电磁辐射(EME)。接收器将数据流转换为逻辑电平信号,通过开漏RXDpin发送到微处理器。 使用休眠模式可以实现超低电流消耗,允许通过LIN总线或引脚唤醒。 LIN总线有两种状态:显性状态(接近电压)和隐性状态(电池附近的电压)。在隐性状态下,LIN总线通过内部上拉电阻(45kΩ)和串联二极管拉高。从应用程序不需要外部上拉组件。主应用需要一个外部上拉电阻(1kΩ)和LIN规范的串联二极管。 特性 AEC...
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TLIN1441-Q1 具有集成电压稳压器和看门狗的汽车本地互联网络收发器

SN65LBC031 高速控制器局域网 (CAN) 收发器

SN75LBC031是一个CAN收发器,用作CAN控制器和物理总线之间的接口,用于高达500 kBaud的高速应用。该器件为差分总线提供传输能力,并为控制器提供差分接收功能。发送器输出(CANH和CANL)具有内部转换调节功能,可提供受控对称性,从而实现低EMI辐射。两个变送器输出都可以完全防止电池短路和总线上可能发生的瞬态电压。在器件功耗过大的情况下,热关断电路会在大约160°C的结温下禁用输出驱动器。在发送器输入端包含内部上拉电阻可确保在上电和协议控制器复位期间定义输出。对于500 kBaud的正常操作,ASC端子打开或连接到GND。对于125 kBaud的低速运行,可以通过将ASC端子连接到V CC 来增加总线输出转换时间以降低EMI。接收器包括一个集成滤波器,可将信号抑制成小于30 ns的脉冲。 SN75LBC031的工作温度范围为-40°C至85°C。 SN65LBC031的工作温度范围为-40°C至125°C。 SN65LBC031Q的特点是可在-40°C至125°C的汽车温度范围内工作。 特性 SN75LBC031符合标准ISO /DIS 11898(最高500 k波特) 50 mA时的驱动器输出能力 宽输入/输出总输入/输出总线电压范围 总线输出短路保...
发表于 10-16 10:08 116次 阅读
SN65LBC031 高速控制器局域网 (CAN) 收发器

SN65HVD233 具有待机模式和环回功能的 3.3V CAN 收发器

SN65HVD233,SN65HVD234和SN65HVD235用于采用符合ISO 11898标准的控制器局域网(CAN)串行通信物理层的应用中。作为CAN收发器,每个都在差分CAN总线和CAN控制器之间提供发送和接收功能,信号速率高达1 Mbps。 设计用于特别恶劣的环境,设备具有交叉线保护,高达±36 V的过压保护,接地保护丢失,过热(热关断)保护以及±100 V的共模瞬变保护。这些器件可在7 V至12 V的宽共模范围内工作。这些收发器是微处理器上的主机CAN控制器与工业,楼宇自动化,运输和汽车应用中使用的差分CAN总线之间的接口。 模式: R < SN65HVD233,SN65HVD234和SN65HVD235的sub> S 引脚(引脚8)提供三种工作模式:高速,斜率控制和低功耗待机模式。通过将引脚8直接连接到地来选择高速工作模式,允许驱动器输出晶体管尽可能快地接通和断开,而不限制上升和下降斜率。可以通过在R S 引脚和地之间连接一个电阻来调整上升和下降斜率。斜率将与引脚的输出电流成比例。电阻值为10kΩ时,器件驱动器的压摆率约为15 V /μs,值为100kΩ时,器件的压摆率约为2.0 V /μs。有关斜率控制的更多信息,请参阅功能描述。 SN65HVD23...
发表于 10-16 10:08 326次 阅读
SN65HVD233 具有待机模式和环回功能的 3.3V CAN 收发器

TLIN2024-Q1 四路 LIN 收发器

TLIN2024-Q1器件是一款四路局域互连网络(LIN)物理层收发器,集成了唤醒和保护特性,符合LIN 2.0 ,LIN 2.1,LIN 2.2,LIN 2.2A和ISO /DIS 17987-4.2标准.LIN是一根单线制双向总线,通常用于低速车载网络,数据传输速率高达20kbps.LIN接收器支持数据传输速率高达100kbps的内联编程应用.TLIN2024-Q1具有两个独立的双路LIN收发器模块.V SUP1 /2 可控制独立的双路收发器模块.TLIN2024-Q1使用一个可降低电磁辐射(EME)的限流波形整形驱动器将TXD输入上的LIN协议数据流转化为LIN总线信号。接收器将数据流转化为逻辑电平信号,此信号通过开漏RXD引脚发送到微处理器。休眠模式可实现超低电流消耗,该模式允许通过LIN总线或EN引脚实现唤醒。集成电阻器,静电放电(ESD)保护和故障保护功能有助于设计人员节约应用的布板空间 特性 符合汽车类标准 具有符合AEC Q100标准的下列结果: 器件环境温度:-40°C至125°C 器件HBM ESD分类等级:±6kV 器件CDM ESD分类等级:±1.5kV 符合LIN 2.0,LIN 2.1,LIN 2.2,LIN 2.2A和ISO /DIS 17987-4.2标...
发表于 10-16 10:08 93次 阅读
TLIN2024-Q1 四路 LIN 收发器

SN75LBC031 收发器

SN75LBC031是一个CAN收发器,用作CAN控制器和物理总线之间的接口,用于高达500 kBaud的高速应用。该器件为差分总线提供传输能力,并为控制器提供差分接收功能。发送器输出(CANH和CANL)具有内部转换调节功能,可提供受控对称性,从而实现低EMI辐射。两个变送器输出都可以完全防止电池短路和总线上可能发生的瞬态电压。在器件功耗过大的情况下,热关断电路会在大约160°C的结温下禁用输出驱动器。在发送器输入端包含内部上拉电阻可确保在上电和协议控制器复位期间定义输出。对于500 kBaud的正常操作,ASC端子打开或连接到GND。对于125 kBaud的低速运行,可以通过将ASC端子连接到V CC 来增加总线输出转换时间以降低EMI。接收器包括一个集成滤波器,可将信号抑制成小于30 ns的脉冲。 SN75LBC031的工作温度范围为-40°C至85°C。 SN65LBC031的工作温度范围为-40°C至125°C。 SN65LBC031Q的特点是可在-40°C至125°C的汽车温度范围内工作。 特性 SN75LBC031符合标准ISO /DIS 11898(最高500 k波特) 50 mA时的驱动器输出能力 宽输入/输出总输入/输出总线电压范围 总线输出短路保...
发表于 10-16 10:08 104次 阅读
SN75LBC031 收发器

SN65LBC031Q 高速控制器局域网 (CAN) 收发器

SN75LBC031是一个CAN收发器,用作CAN控制器和物理总线之间的接口,用于高达500 kBaud的高速应用。该器件为差分总线提供传输能力,并为控制器提供差分接收功能。发送器输出(CANH和CANL)具有内部转换调节功能,可提供受控对称性,从而实现低EMI辐射。两个变送器输出都可以完全防止电池短路和总线上可能发生的瞬态电压。在器件功耗过大的情况下,热关断电路会在大约160°C的结温下禁用输出驱动器。在发送器输入端包含内部上拉电阻可确保在上电和协议控制器复位期间定义输出。对于500 kBaud的正常操作,ASC端子打开或连接到GND。对于125 kBaud的低速运行,可以通过将ASC端子连接到V CC 来增加总线输出转换时间以降低EMI。接收器包括一个集成滤波器,可将信号抑制成小于30 ns的脉冲。 SN75LBC031的工作温度范围为-40°C至85°C。 SN65LBC031的工作温度范围为-40°C至125°C。 SN65LBC031Q的特点是可在-40°C至125°C的汽车温度范围内工作。 特性 SN75LBC031符合标准ISO /DIS 11898(最高500 k波特) 50 mA时的驱动器输出能力 宽输入/输出总输入/输出总线电压范围 总线输出短路保...
发表于 10-16 10:08 78次 阅读
SN65LBC031Q 高速控制器局域网 (CAN) 收发器