好的，基于CAN总线的通信系统核心在于节点设计。一个典型的CAN节点电路通常包含以下几个关键部分：
-
微控制器：
- 功能： 这是节点的“大脑”。
- 要求： 需要选择带有内置CAN控制器的微控制器。CAN控制器负责处理CAN协议栈（如报文格式、标识符过滤、CRC校验、错误处理、帧发送接收调度等）。
- 作用： 应用软件运行在MCU上，它通过寄存器或API访问内置的CAN控制器，产生要发送的应用数据报文，并接收处理从CAN总线接收到的报文。
- 代表： 市面上非常多的MCU型号都集成CAN控制器，例如STM32F系列（如STM32F103xx, STM32F407xx, STM32F4xx）、dsPIC33系列、NXP S32K系列、TI的C2000系列等等。
-
CAN收发器：
- 功能： 连接CAN控制器（逻辑电平）和物理CAN总线（差分电平）。
- 核心作用：
- 电平转换： 将微控制器CAN控制器TX引脚输出的逻辑信号（通常是0-3.3V或0-5V）转换成物理CAN总线上使用的差分信号（CAN_H和CAN_L）。
- 差分驱动： 以差分方式驱动总线，提供足够的驱动能力和压摆率控制。
- 差分接收： 将物理CAN总线上的差分信号转换回逻辑信号，发送给微控制器CAN控制器的RX引脚。
- 过温保护、短路保护： 保护自身免受物理层短路或过流的损害。
- 总线显性/隐性检测： 侦测总线状态。
- 代表器件： MCP2551/2561/2562 (Microchip), TJA1042/1043/105x系列 (NXP), SN65HVD23x系列 (TI), ISO1042/1050 (带隔离版本), LT1796 (ADI) 等。
- 重要特性：
- 速率匹配： 选择的收发器需要支持目标应用的CAN总线速度（常见125Kbps, 250Kbps, 500Kbps, 1Mbps）。
- 工作电压： 需与MCU和系统电源兼容（3.3V或5V逻辑）。
- 抗干扰性/ESD： 工业或汽车环境需高ESD保护等级。
- 静音模式： 有些收发器支持关闭发送驱动器的“只听模式”，用于网络监控或节点启动时避免冲突。
- 总线故障保护： 在总线短路时进入保护状态。
- 容错CAN (低速容错CAN)： 需要特定的收发器（如TJA1054）。
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物理层连接：
- CAN_H / CAN_L 线缆： 必须使用双绞线进行连接（如ISO 11898-2标准）。这能有效抑制共模干扰，是保证信号完整性的关键。
- 终端电阻： 每个物理总线的两端都必须连接一个 120欧姆 的终端电阻（跨接在CAN_H和CAN_L之间）。这个电阻对于消除信号反射、建立正确的静态总线电平至关重要。如果缺少或阻值不匹配（比如只有一端接了，或者两端都没接，或者用了其它阻值），通信会变得极不稳定甚至完全失败。
- 连接器： CAN节点通过连接器接入总线。常见的有：
- 工业/通用： DB9（公头或母头，引脚定义遵循CiA或用户自定义）、端子排。
- 汽车： OBD-II连接器、各种专用线束连接器。
- 其他：M12连接器（工业现场）。
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隔离（可选但强烈推荐，尤其在工业、汽车应用）：
- 必要性： 当节点处于不同供电回路（产生共模电压差）或易受强干扰（电涌、地环路）的环境中时，提供电气隔离。
- 位置： 通常安装在CAN收发器和MCU之间。
- 组成：
- 数字隔离器： 隔离CAN控制器的TX、RX信号线（可能还有待机/使能、错误指示等）。可以使用：
- 光耦隔离器：如6N137（高速光耦）。
- 磁隔离器：如ADI的ADuM系列。
- 电容隔离器：如TI的ISO67xx系列。
- 隔离电源： 为隔离端的MCU和/或收发器提供独立的电源（需要匹配负载），否则隔离没有意义。常用小功率DC-DC隔离电源模块（如TI的DCP系列、Murata等公司的模块）。
- 数字隔离器： 隔离CAN控制器的TX、RX信号线（可能还有待机/使能、错误指示等）。可以使用：
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保护电路：
- TVS管/ESD保护二极管： 跨接在CAN_H和CAN_L之间以及它们到地之间，用于吸收瞬态过压（如浪涌、ESD），保护收发器。这是非常重要的接口防护措施。
- 保险丝/限流电阻： 在收发器电源输入或总线引脚上串接小阻值电阻或PPTC自恢复保险丝，用于过流/短路保护。
- 共模电感/扼流圈： 安装在收发器的总线引脚入口处，用于抑制高频共模干扰。对于在高噪声环境下实现稳定通信很有帮助。
- 接口锁存/防插拔保护： 针对连接器的处理。
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电源电路：
- 功能： 为微控制器、CAN收发器、隔离器件（如果需要）、其他外围电路提供稳定电源。
- 要求： 提供所需电压（如3.3V, 5V）和足够的电流容量。
- 旁路/去耦电容： 在每个芯片的电源引脚附近放置足够的电容（如0.1uF陶瓷电容 + 10uF/22uF钽或陶瓷电容）到地，以滤除电源噪声，确保芯片稳定工作。
总结设计流程：
- 选择带CAN控制器的微控制器。
- 根据应用需求（速率、电压、环境、是否需要隔离）选择合适的CAN收发器。
- 如果需要隔离，选择匹配的数字隔离器和隔离电源模块。
- 设计物理连接：使用双绞线，在总线两端连接120欧姆终端电阻，选用合适的连接器。
- 加入保护电路：TVS管、保险丝、共模电感。
- 设计稳定可靠的电源网络：电源芯片/模块、足够的旁路/去耦电容。
- PCB布局布线注意点：
- CAN差分线尽量短、等长、并行走线（保持阻抗）。
- 高频去耦电容尽可能靠近芯片电源引脚。
- 模拟/数字部分分区，地平面处理得当。
- 保护器件靠近接口放置。
- 隔离器件两侧严格遵守电气间隙要求，避免跨分割（需开槽或保持安全间距）。
整个CAN节点电路就是将上述模块按照信号流（MCU -> 隔离 -> 收发器 -> 总线 以及 总线 -> 收发器 -> 隔离 -> MCU）和电源需求组合起来。具体的电路图和器件选型需要根据实际的应用场景（如汽车、工业控制、家电）、性能要求、成本预算和环境因素来决定。
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ruobi168
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听我讲
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clslda
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lingjianghui
2019-09-30 04:35:02
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