CAN總線節(jié)點(diǎn)數(shù)計算與外圍電路參考設(shè)計

摘要

隨著汽車內(nèi)各個系統(tǒng)的控制都在向智能化和自動化轉(zhuǎn)變，汽車電氣系統(tǒng)變得越來越復(fù)雜，不同的汽車OEM和Tier-1廠商紛紛研究定義不同汽車總線標(biāo)準(zhǔn)，以減少線束網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度和降低電子系統(tǒng)的故障，同時降低整車成本。其中CAN總線在汽車總線中應(yīng)用最為廣泛，采用合適的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟约疤嵘?a href="http://www.wenjunhu.com/tags/emc/" target="_blank">EMC性能對CAN收發(fā)器在環(huán)境復(fù)雜的汽車應(yīng)用中有著重要意義。納芯微推出了多款可以實(shí)現(xiàn)不同系統(tǒng)應(yīng)用的CAN收發(fā)器。本篇應(yīng)用筆記主要對網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)量計算以及收發(fā)器的外圍電路設(shè)計選擇進(jìn)行介紹。

1. CAN總線節(jié)點(diǎn)數(shù)計算

一個CAN網(wǎng)絡(luò)中，總線所能支持掛載的最大節(jié)點(diǎn)數(shù)是衡量CAN收發(fā)器性能的一個重要參數(shù)。影響CAN 總線節(jié)點(diǎn)數(shù)量的因素可以從CAN收發(fā)器的物理層和協(xié)議層兩個方面去考慮。

首先物理層方面，總線節(jié)點(diǎn)的輸出差分電壓大小決定了CAN總線電平能否被正常識別，通訊能否正常進(jìn)行，主要由總線負(fù)載電阻RL來決定，而RL取決千總線終端匹配電阻以及各節(jié)點(diǎn)總線差分輸入電阻 Rdif,我們可以通過如下方式從物理層角度去估算—個 CAN網(wǎng)絡(luò)的最大節(jié)點(diǎn)數(shù)。

圖1.1 n個節(jié)點(diǎn)的CAN網(wǎng)絡(luò)總線拓?fù)?/p>

上圖為掛載n個CAN節(jié)點(diǎn)的總線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涫疽鈭D，其中RT為終端匹配電阻，Rdif為CAN收發(fā)器的總線差分輸入電阻?？梢酝ㄟ^電路等效的方法得到如下所示簡易拓?fù)鋱D：

圖1.2 n個節(jié)點(diǎn)的CAN網(wǎng)絡(luò)等效電路圖

如上圖所示，Node 1作為信號發(fā)送，Node n作為信號接收。從Node 1端看進(jìn)去的線路等效電阻為：

將(1)式化簡可得：

RT為終端匹配電阻，此處取120Ω；Rdif為差分輸入電阻，這里取20kΩ；RL可支持的負(fù)載電阻范圍為 45Ω~700Ω，當(dāng)RL=45Ω時，n取最大值為112。所以在此參數(shù)條件下的CAN總線網(wǎng)絡(luò)中，最多可支持掛載112個CAN節(jié)點(diǎn)。

從協(xié)議層方面來考慮，當(dāng)總線節(jié)點(diǎn)數(shù)越多，總線越長，線路寄生越大，對于本地節(jié)點(diǎn)信號自發(fā)自收的工況下，總線寄生越大，有可能導(dǎo)致回環(huán)回來的信號衰減較多，CAN控制器的采樣發(fā)生錯誤，導(dǎo)致通訊異常；而對于相距較遠(yuǎn)兩個節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行通信的工況下，中間節(jié)點(diǎn)越多，線路越長，導(dǎo)致信號傳播延時較長，接收端在接收到發(fā)送端發(fā)出的CAN信號后會進(jìn)行幀內(nèi)應(yīng)答(ACK)，傳播延時較長可能導(dǎo)致應(yīng)答不及時，通訊失敗。所以在計算CAN總線最大掛載節(jié)點(diǎn)數(shù)時，應(yīng)考慮線路寄生以及傳播延時的影響，具體要求為由線路寄生較大引起的信號衰減不應(yīng)使得CAN控制器的采樣出現(xiàn)偏差，導(dǎo)致通訊異常；同時信號在傳輸路徑上的傳播延時應(yīng)小于1/2的位時間，保證接收節(jié)點(diǎn)能夠及時應(yīng)答，不會導(dǎo)致通訊失敗。

2.CAN總線外圍電路設(shè)計參考

在汽車應(yīng)用中，EMC問題是一個被廣泛關(guān)注的問題，而與傳統(tǒng)汽車相比，新能源汽車的EMC問題更加突出，因此對于汽車中大量使用的總線接口芯片的EMC性能要求也比較高。為了獲得較好的EMC性能，除了芯片設(shè)計的考慮之外，系統(tǒng)中芯片外圍電路的補(bǔ)充完善也是至關(guān)重要的。這一部分將著重介紹一下CAN芯片外圍電路的一些參考設(shè)計(如圖2.1所示)。

圖2.1 CAN總線外圍電路參考設(shè)計示意圖

納芯微電子（簡稱納芯微，科創(chuàng)板股票代碼688052）是高性能高可靠性模擬及混合信號芯片公司。自2013年成立以來，公司聚焦傳感器、信號鏈、電源管理三大方向，為汽車、工業(yè)、信息通訊及消費(fèi)電子等領(lǐng)域提供豐富的半導(dǎo)體產(chǎn)品及解決方案。

納芯微以『“感知”“驅(qū)動”未來，共建綠色、智能、互聯(lián)互通的“芯”世界』為使命，致力于為數(shù)字世界和現(xiàn)實(shí)世界的連接提供芯片級解決方案。