【CAN總線知識(shí)】為何總線“鐮刀”波形頻頻發(fā)生?

導(dǎo)讀

無(wú)論是CAN總線還是485總線，實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)各種異常，常因總線組網(wǎng)后，波形邊沿出現(xiàn)過緩、呈“鐮刀”狀的現(xiàn)象，導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失或出錯(cuò)，那么這現(xiàn)象前因后果大家是否真正的了解呢？

?案例一

1. CAN總線異?，F(xiàn)象

我司某工業(yè)機(jī)器人客戶反饋，使用SM1500的機(jī)器人控制板卡，在傳輸數(shù)據(jù)過程中出現(xiàn)丟幀的情況，如下圖1，客戶現(xiàn)場(chǎng)模擬的組網(wǎng)方式為31個(gè)節(jié)點(diǎn)的手拉手拓?fù)?，通訊波特率?50kbps。

圖1現(xiàn)場(chǎng)組網(wǎng)環(huán)境若總線收發(fā)器在使用過程中出現(xiàn)異常，一般會(huì)先從總線波形著手去分析原因。如圖2，為客戶組網(wǎng)的簡(jiǎn)要框圖，我司使用CAN分析儀抓取了第31個(gè)節(jié)點(diǎn)處總線波形，發(fā)現(xiàn)波形邊沿過緩，出現(xiàn)了“鐮刀”狀的現(xiàn)象，如下圖3。

圖2控制板卡組網(wǎng)簡(jiǎn)要框圖

圖3CAN總線“鐮刀”波形總線波形出現(xiàn)“鐮刀”狀的現(xiàn)象通常是由于總線上存在過大電容起的，根據(jù)電容的充放電時(shí)間公式可知t=RC，其中R可看成總線接口內(nèi)阻與終端電阻，C則是總線上的等效電容。如圖4，總線等效電容Cj包括總線引腳對(duì)地電容Cj1與總線之間的電容Cj2，當(dāng)總線電平由高變低時(shí)（壓差變化），由于電容上的電壓不能突變，那么電容Cj會(huì)分別通過內(nèi)阻R內(nèi)和終端電阻R終端放電。收發(fā)器內(nèi)阻和終端電阻一般固定，當(dāng)電容過大時(shí)，則放電時(shí)間變長(zhǎng)，從而導(dǎo)致了總線波形邊沿變緩。

圖4總線等效電容放電原理框圖

2. CAN接口電路原理與異常分析

SM1500 CAN接口電容一般只有幾皮法，即使31個(gè)節(jié)點(diǎn)組網(wǎng)最多也不過上百皮法，配合終端電阻使用一般不會(huì)出現(xiàn)“鐮刀”狀波形。我司在檢查客戶CAN接口電路后發(fā)現(xiàn)存在TVS管、氣體放電管等保護(hù)器件，如下圖5。TVS管本身存在較大的結(jié)電容，一般在幾百到上千皮法，當(dāng)總線組網(wǎng)后結(jié)電容會(huì)累計(jì)增加，高速通訊的時(shí)候總線就有可能出現(xiàn)“鐮刀”狀波形。

圖5控制板卡CAN接口保護(hù)電路

將總線接口保護(hù)電路的TVS3和TVS4去掉后組網(wǎng)，并測(cè)試第31個(gè)節(jié)點(diǎn)處波形發(fā)現(xiàn)仍呈“鐮刀”狀，但波形邊沿遲緩程度減小，如圖6，同時(shí)也沒有再出現(xiàn)丟幀情況。最后再去掉TVS2后測(cè)試，“鐮刀”狀波形消失，如圖7。對(duì)比去掉TVS管前后波形，邊沿時(shí)間由1.3us減小至160ns，如圖8。

圖6去掉部分TVS管后總線波形

圖7去掉全部TVS管后總線波形

圖8去掉TVS管前后波形邊沿時(shí)間對(duì)比

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