高速與容錯CAN在數(shù)據(jù)鏈路層內容及性能

CAN-bus家族中有三大成員，分別是高速CAN、容錯CAN、單線CAN。其中容錯CAN又叫低速CAN，它與最常用的高速CAN有什么異同呢？筆者以此篇文章分享下對容錯CAN的認識。

一、容錯CAN的起源

1986年Bosch在SAE(汽車工程人員協(xié)會)大會上提出CAN總線概念，CAN總線率先在汽車電子行業(yè)孕育。隨后的1987年Intel推出第一片CAN控制器芯片82526，由此點亮CAN總線發(fā)展的星星之火。六年之后CAN國際標準ISO11898/ISO11519發(fā)布，CAN總線在通信領域的燎原之勢由此展開。

圖1 CAN總線應用行業(yè)

ISO11898是高速CAN的標準，ISO11519是低速CAN的標準。起初，高速CAN數(shù)據(jù)鏈路層和物理層都在標準ISO11898中規(guī)定，后來被拆分為ISO11898-1（僅涉及數(shù)據(jù)鏈路層）和ISO11898-2（僅涉及物理層）。其中標準ISO 11519-2-1994已經(jīng)在2006年被ISO 11898-3-2006代替了,也就是說符合標準ISO 11898-3的產品也是支持符合ISO 11519-2標準的產品。

圖2 CAN標準發(fā)展歷程

二、容錯CAN與高速CAN的異同

與高速CAN一樣，容錯CAN也是使用使用差分雙絞線傳輸，包含CAN_H、CAN_L、GND三根線，在嚴格的工業(yè)應用場合同樣要求使用專用的屏蔽雙絞線并加必要的防護電路。如圖3，以OSI 7層通信模型為例，其實CAN總線標準規(guī)范了部分物理層、傳輸層及全部數(shù)據(jù)鏈路層規(guī)則，而應用層、表示層、會話層、網(wǎng)絡層未做任何規(guī)范。高速CAN與容錯CAN在數(shù)據(jù)鏈路層內容是相同的，因此它們在位傳輸時序、位仲裁、錯誤、校驗、幀結構等是沒有區(qū)別的。

圖3 容錯CAN與高速CAN標準化部分

不同點在物理層的定義，圖4是ISO11898與ISO11519-2電信號數(shù)據(jù)對比。從圖中可以看到，高速CAN最大通信速率為1Mbps，容錯CAN最大通信速率為125Kbps，且在理論連接節(jié)點數(shù)方面高速CAN要大于容錯CAN。兩者在物理層最大的差別在于CAN_H、CAN_L顯隱性時的電平值。因此容錯CAN與標準的高速CAN設備之間不能直接通信，必須要加入CANBridge1054轉接板。

圖4 容錯CAN與高速CAN電信號數(shù)據(jù)對比

三、容錯CAN的優(yōu)缺點

雖然容錯CAN通信速率低、承載節(jié)點數(shù)少，但容錯CAN有它無可替代的優(yōu)勢。根據(jù)圖4中的電平信號數(shù)據(jù)，我們繪制出兩者正常工作時的信號波形。從圖 5可以看出CAN_H、CAN_L的電平在顯隱性變化時變化高達2.25V，而高速CAN電平變化僅為1V，這也就意味著容錯CAN比高速CAN有更高的抗干擾性。

圖5 容錯CAN與高速CAN信號波形對比

除此之外，容錯CAN能在CAN_H或CAN_L出現(xiàn)短路、斷路時保證通信正常。容錯CAN收發(fā)器會自動識別總線狀態(tài)，根據(jù)總線狀態(tài)調整接收器的接收模式，這也算是“容錯CAN”名稱的由來。圖6是容錯CAN收發(fā)器在不同情況下收發(fā)狀態(tài)的調整情況。

圖6 容錯CAN多模式工作狀態(tài)

注1：75μA下拉電流源功能

注2：75μA上拉電流源功能

四、容錯CAN應用電路

圖7為經(jīng)典的CTM1054T容錯CAN收發(fā)模塊為例，它采用灌封工藝并具有極低的電磁輻射和高抗電磁干擾特性。完全符合ISO 11898-3標準，單網(wǎng)絡最大節(jié)點數(shù)達到32個。

圖7 容錯CAN收發(fā)模塊CTM1054T

容錯CAN節(jié)點電路設計與常見的高速CAN節(jié)點設計不同，需要注意的是終端電阻的接法。一般場合下，模塊接上電源，端口和 CAN 控制器及 CAN 網(wǎng)絡總線連接， RTH、 RTL 分別連接終端電阻至 CANH、CANL，如圖8。

圖8 經(jīng)典容錯CAN節(jié)點電路設計

單個CAN-bus典型網(wǎng)絡如圖9，單總線網(wǎng)絡最長通訊距離 1km。如果需要接入更多節(jié)點或更長通訊距離時，可通過 CAN 中繼器等設備擴展。

容錯 CAN 收發(fā)器在總的終端電阻為 100Ω 時， 有最優(yōu)的系統(tǒng)性能。容錯CAN總線終端電阻配置時先確定整個網(wǎng)絡的節(jié)點數(shù)，每個收發(fā)器都提供總 100Ω 終端的一部分，并不要求每個收發(fā)器都有相同的終端電阻，但總的終端應該是 100Ω。比如總線中有5個容錯CAN節(jié)點，接到網(wǎng)絡上的10個電阻阻值均應為500Ω；若總線中有10個容錯CAN節(jié)點，接到網(wǎng)絡上的20個電阻阻值均應為1000Ω。由于容錯CAN終端電阻配置的這種特殊性，只要節(jié)點數(shù)確定，可根據(jù)需求隨意使用星形、樹形等總線拓撲。

圖9 容錯CAN總線網(wǎng)絡拓撲

總結：容錯CAN在非常適合應用在低速、高可靠性的工業(yè)場合。當節(jié)點數(shù)固定時，它能適應多種復雜總線拓撲。若您在項目中需要用到容錯CAN，請聯(lián)系我們提供樣品。