使用CANScope測量出現(xiàn)CAN總線報文對應(yīng)的波形解碼不一致的原因分析

使用CANScope測量CAN總線信號，在干擾很嚴(yán)重的情況下會出現(xiàn)CAN總線波形解碼與CAN報文解碼不一致的情況，具體表現(xiàn)為某些正確報文對應(yīng)的波形解碼卻是錯誤的，或者收到的錯誤報文對應(yīng)的波形解碼卻是正確的，如圖1中，幀ID為0x721的正確報文對應(yīng)的波形解碼卻為CRC錯誤。本文將對這種現(xiàn)象產(chǎn)生的原因及其存在的意義進(jìn)行詳細(xì)的說明。

圖1 報文解碼與波形解碼不一致

一、解碼差異錯誤的主要原因

CANScope對CAN信號的處理包含2部分：報文處理部分和波形處理部分。報文處理部分通過CAN收發(fā)器將總線上的CANH和CANL差分信號轉(zhuǎn)成單端的數(shù)字信號RXD，再使用專用的CAN控制器接收RXD信號并進(jìn)行CAN協(xié)議解碼，最后將解碼后的報文進(jìn)行接收存儲；波形處理部分通過信號調(diào)理電路將CAN總線信號進(jìn)行隔離等必要的處理后通過ADC電路將模擬信號數(shù)字化后順序保存，完成對波形信號的采集。

圖2 CAN總線信號處理

如圖2所示，報文處理和波形處理兩部分的電路和控制是完全獨立的，CAN信號經(jīng)過這兩部分電路之后會有所差異，主要的不同在于：1、經(jīng)過收發(fā)器之后的信號延時和經(jīng)過信號調(diào)理電路的延時不同，但這個不同對解碼的影響比較小，本文不做討論；2、CAN收發(fā)器內(nèi)部有遲滯比較器，具有相當(dāng)于低通濾波器的功能，能通過的信號帶寬不高，而波形采集由于需要觀測高頻干擾等信號，要求信號調(diào)理電路的帶寬比較高，所以帶寬的差異對后續(xù)解碼的差異影響比較大。

如圖3所示，帶有高頻尖脈沖干擾信號的總線信號CANH和CANL，在經(jīng)過低帶寬的收發(fā)器后，其攜帶的干擾信號被濾除（輸出的RXD信號是無干擾的數(shù)字信號）；而同樣的CANH和CANL信號，在經(jīng)過高帶寬的信號調(diào)理電路后，其攜帶的干擾信號依然保留（波形采集模塊采集到有干擾的CANH和CANL信號后，經(jīng)過軟件差分后，得到的差分信號依然存在干擾，所以軟件轉(zhuǎn)換后的邏輯信號依然存在干擾）。

圖3 波形差異

根據(jù)以上分析，干擾信號的存在使得后續(xù)的CAN波形解碼會出現(xiàn)與報文解碼不同的情況。我們繼續(xù)往下深究：是否有干擾信號就一定會導(dǎo)致波形解碼與報文解碼不同呢？其實也不然，這還得從CAN總線的采樣規(guī)則說起。

二、CAN總線采樣規(guī)則

CAN控制器先將高頻時鐘進(jìn)行預(yù)分頻，生成較低頻率的時鐘信號，這個時鐘信號的周期定義為1個時間份額，1位CAN信號的碼元寬度包含有數(shù)倍的時間份額，如控制器時鐘頻率為16MHz，預(yù)分頻為8MHz的時鐘，則1個時間份額為125ns，對于1M波特率的CAN信號，1位CAN信號的碼元寬度即為8個時間份額。

以1個時間份額為最小單位，將1位CAN信號碼元分為3段：同步段、相位段1、相位段2。同步段固定為1個時間份額，相位段1和相位段2可設(shè)置成不同參數(shù)，控制器在相位段1和相位段2之間對CAN總線進(jìn)行采樣。

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