CAN FD升級之后 通訊距離能否縮短

CAN FD允許最大64字節(jié)數(shù)據(jù)幀，并且數(shù)據(jù)段部分的傳輸速率高達5Mbit/s。那么，CAN FD升級之后，通訊距離是否會縮短呢？本文帶你一起探討。

CAN FD繼承了CAN總線的主要特性，提高了CAN總線的網(wǎng)絡(luò)通信帶寬，改善了錯誤幀漏檢率，同時可以保持網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)大部分軟硬件特別是物理層不變。CAN FD采用了兩種方式來提高通信的效率：

1、可變以及更高的數(shù)據(jù)傳輸速率:從控制場中的BRS位到ACK場之前（含CRC分界符）為可變速率。CAN FD數(shù)據(jù)段的傳輸速率最大可達5Mbit/s，但為了保證總線的健壯可靠，仲裁段（ID和ACK）保持不變，采用原CAN總線用的速率（最高1Mbit/s）。注意：兩種速率各有一套位時間定義寄存器。

2、新的數(shù)據(jù)場長度：每幀可達64字節(jié)的數(shù)據(jù)長度可以減少報文數(shù)量降低總線負載率。

波特率與通訊距離的關(guān)系

眾所周知，波特率與通訊距離成反比。既然CAN FD能夠提高波特率，是否通訊距離會縮短呢？在相同條件下，提升波特率通訊距離必然減小。波特率指的是CAN波形中最小位寬時間的倒數(shù)。

下表為在現(xiàn)場環(huán)境下測出的波特率與通訊距離的關(guān)系。表中可以看出，相同條件下波特率增大，通訊距離將變短，并且跟終端電阻也有一定的關(guān)系。

表1 距離與波特率的關(guān)系表

在理想條件下，通訊距離（m）等于50000除以波特率（kbps），但是在現(xiàn)場環(huán)境中，由于各種干擾的存在，實際通訊距離將大打折扣，實際通訊距離可能是理想值的百分之70，甚至更低。所以，影響通訊距離的因素不只是波特率，還有現(xiàn)場環(huán)境以及CAN網(wǎng)絡(luò)布局等。CAN FD升級之后，在同等條件下，若提高波特率，通訊距離必然減小。按照上面的公式，如果波特率達到5M，實際通訊距離為7m或者更短。所以一般只有板間通訊才會選擇5M波特率，那么該選擇多大的波特率呢？下面來說說CAN FD升級之后，波特率（位時間）與終端電阻對整個CAN FD網(wǎng)絡(luò)的影響。

CAN FD波形分析

采樣點和容忍度是評價CAN節(jié)點適應(yīng)性的重要因素，容忍度表示波特率范圍（位時間范圍），位時間與波特率成倒數(shù)關(guān)系，波特率太大則位時間變小，在一定程度上會導致接收節(jié)點采樣出錯。下面以5M數(shù)據(jù)波特率來分析CAN FD的波形質(zhì)量，下圖為雙120歐終端電阻情況下，5M數(shù)據(jù)域的波形，位時間200ns、幅值2V。

首先來看看在上述波形中穩(wěn)定電平的時間，如下圖可以看出穩(wěn)定電平時間為140ns。也就是說上升沿加下降沿的時間總共為60ns，理想情況下，上升沿時間是30ns，按照邊沿極限值12%計算，實際算出來的位時間=30/0.12=250ns，對應(yīng)的傳輸波特率就=1/250ns=4M波特率。

如果按照7%的邊沿時間為安全值來計算，實際的位時間=30/0.07約等于420ns，相對應(yīng)的傳輸波特率=1/420ns約等于2.3M。所以想要實際在工況下穩(wěn)定可靠傳輸，數(shù)據(jù)端波特率在2M左右比較合理。

另外，CAN節(jié)點的電容會影響整個網(wǎng)絡(luò)的電容，電容越大邊沿越緩會導致位采樣錯誤。下圖分別是500pF電容引入后的下降沿——180ns和1000pF電容引入后的下降沿——260ns，而前面的實驗中，CAN FD在5M數(shù)據(jù)波特率的情況下的位時間才200ns。

所以，CAN FD對于邊沿非常敏感，CAN FD加速后，位寬度時間非常緊張，在實驗中，5Mbps數(shù)據(jù)波特率，雙120歐終端電阻情況下，加入500pF電容后即無法正常通訊，正常線纜電容在40-70pF/m，相當于加入10米線纜，肯定無法通訊。故在現(xiàn)有線纜條件下的網(wǎng)絡(luò)升級，建議CAN FD數(shù)據(jù)段不提速，或者至多提高1倍，并且需要通過減小終端電阻加快放電速度的方法減小下降沿的影響，但是信號幅值會降低（犧牲幅值法），最多并5個120歐電阻，否則差分幅值將掉到不確定區(qū)域。CAN FD加入了回環(huán)延時補償手段也無法解決下降沿的問題。

CAN FD的快速升級

小致百科1：如何快速升級到CANFD？

1、需要使用支持CAN FD協(xié)議的MCU或控制器，還要選取新的網(wǎng)絡(luò)調(diào)試和監(jiān)測工具：CAN FD作為CAN2.0的升級，可以向下兼容CAN2.0標準，即CAN FD節(jié)點可以接收傳統(tǒng)CAN節(jié)點的數(shù)據(jù)，但傳統(tǒng)CAN節(jié)點則無法正確接收CAN FD報文。因此，既含有CAN FD節(jié)點，又含有傳統(tǒng)CAN節(jié)點的總線上，只能使用傳統(tǒng)格式的CAN報文。

2、需要支持更高的傳輸速率的收發(fā)器，若設(shè)計的CAN FD節(jié)點的最高速率5Mbit/s，則收發(fā)器的傳輸速率也必須達到此數(shù)值。ZLG致遠電子推出的CAN FD隔離CAN收發(fā)器CTM5MFD、CTM3MFD，是CAN FD隔離應(yīng)用的理想解決方案。

典型連接電路圖