值得收藏的六種解決CAN總線抗干擾的方法

CAN總線雖然有強大的抗干擾和糾錯重發(fā)機制，但目前CAN被大量應(yīng)用于比如新能源汽車、軌道交通、醫(yī)療、煤礦、電機驅(qū)動等行業(yè)，而這些場合的電磁環(huán)境比較嚴重，所以如何抗干擾是工程師最為關(guān)心的話題。

前段時間有個做模臺流水線的用戶，一條流水線有兩路CAN總線，一條總線有22個控制節(jié)點，每當啟動模臺就會出現(xiàn)嚴重的失控狀態(tài)，模臺下是由很多電機驅(qū)動的，而操控臺下放著變頻器。使用CANScope測試發(fā)現(xiàn)，在未啟動電機情況下，控制臺的CAN通信正常，幀統(tǒng)計結(jié)果顯示100%成功率，如圖1所示。

圖1模臺靜態(tài)狀態(tài)下幀統(tǒng)計

此時CAN波形圖如圖2所示。

圖2 模臺靜態(tài)狀態(tài)下波形圖

然而當模臺電機啟動之后，CAN總線質(zhì)量急劇下滑，使用CANScope幀統(tǒng)計結(jié)果顯示成功率僅僅為16.33%，如圖3所示。

圖3模臺動態(tài)態(tài)狀態(tài)下幀統(tǒng)計

此時的CAN波形圖如圖4所示，可見干擾導(dǎo)致波形嚴重畸變。

圖4模臺動態(tài)態(tài)狀態(tài)下波形圖

干擾導(dǎo)致幀錯誤增加，重發(fā)頻繁，正確數(shù)據(jù)不能及時到達。所以如何解決干擾帶來的困擾呢，下面就為大家介紹CAN總線抗干擾的六大解決方案。

增加CAN接口電氣隔離

干擾不但影響信號，更嚴重的會導(dǎo)致板子死機或者燒毀，所以接口和電源的隔離是抗干擾的第一步。隔離的主要目的是：避免地回流燒毀電路板和限制干擾的幅度。如圖5所示，未隔離時，兩個節(jié)點的地電位不一致，導(dǎo)致有回流電流，產(chǎn)生共模信號，CAN的抗共模干擾能力是-12~7V，超過這個差值則出現(xiàn)錯誤，如果共模差超過±36V，燒毀收發(fā)器或者電路板。

圖5差分抗干擾示意圖

傳統(tǒng)用戶都采用分立器件自己搭建隔離電路的方式，如今大家更青睞使用隔離收發(fā)器做防護隔離。如圖6所示的CTM系列隔離收發(fā)器的總線隔離技術(shù)，與傳統(tǒng)分立器件方案相比，產(chǎn)品具備更高的集成度與可靠性，能夠有效提升總線通信防護等級，極大程度降低用戶的采購與生產(chǎn)成本，大幅縮短開發(fā)周期。

圖6隔離CAN收發(fā)器

增加CTM隔離模塊后，如圖7所示。隔絕了地回流，限制了干擾幅度。

圖7隔離地回流

共CAN收發(fā)器的信號地

共CAN收發(fā)器的信號地，并且CAN使用三線制信號傳輸?？梢杂行б种乒材８蓴_。注意圖8中屏蔽層為近距離外殼等電勢的情況下的接線方法。

圖8CAN信號共地

CAN線保證屏蔽效果與正確接地

帶屏蔽層的CAN線，可以良好地抵御電場的干擾，等于整個屏蔽層是一個等勢體，避免CAN導(dǎo)線受到干擾。如圖9所示，為一個標準的屏蔽雙絞線，CANH和CANL通過鋁箔和無氧銅絲屏蔽網(wǎng)包裹，如圖9所示。需要注意的是和與接插件的連接，在連接部分允許有短于25mm的電纜不用雙絞。

圖9屏蔽雙絞線

使用屏蔽線后，在屏蔽層沒有良好接大地前，屏蔽線是不起作用的。所以我們要選擇一種接地方式。這里有三種外殼接地法：屏蔽層單點接地，可以避免地回流（不同位置的地電位不同而導(dǎo)致的產(chǎn)生電流），如圖10所示。節(jié)點信號地阻容接自身外殼，如圖11所示。屏蔽層分段屏蔽法，如圖12所示，多點接地可以加快高頻干擾信號的泄放，屏蔽層單點接地可以避免地回流，所以要根據(jù)實際情況選擇合適的接地方式。

圖10屏蔽層單點接地

圖11 節(jié)點信號地阻容接自身外殼地

圖12 屏蔽層分段屏蔽法

在CAN的應(yīng)用場合，由于距離一般都較遠，所以大部分采用屏蔽層單點接地的原則，在干線上找一點將屏蔽層用導(dǎo)線直接接地，該點應(yīng)是所受干擾最小的點，同時該點位于網(wǎng)絡(luò)中心附近。

提高CAN線雙絞程度

CAN總線為了提高抗干擾能力，采用CANH和CANL差分傳輸，達到效果就是遇到干擾后，可以“同上同下”，最后CANH-CANL的差分值保持不變。如圖13所示。

圖13差分抗干擾示意圖

CANH和CANL要緊密地絞在一起，通常雙絞線只有33絞/米，而在強干擾場合，雙絞程度要到45-55絞/米才能達到較好的抗干擾效果。另外線纜的芯截面積要大于0.35~0.5mm2，CAN_H對CAN_L的線間電容小于75pF/m，如果采用屏蔽雙絞線，CAN_H(或CAN_L)對屏蔽層的電容小于110pF/m?？梢愿玫亟档途€纜阻抗，從而降低干擾時抖動電壓的幅度。

表1 雙絞線對磁干擾的衰減比

增加信號保護器

增加信號保護器，提高抗浪涌群脈沖等EMC能力。上面的隔離只是阻擋，如果干擾強度很高，比如達到2KV浪涌，隔離也會被破壞。所以要想達到更高的防護等級，必須增加防浪涌電路。如圖14所示，為ZLG致遠電子高速總線標準防浪涌保護電路。

注意，由于電容較大，一條總線最多增加2-3個保護器！

圖14信號保護電路

CAN轉(zhuǎn)為光纖傳輸

增加CAN轉(zhuǎn)光纖轉(zhuǎn)換器。解決超強干擾（比如遠程激光與電磁脈沖發(fā)射裝置）與雷擊問題，光纖是一種無法被電磁干擾的傳輸介質(zhì)，如圖15所示，為使用ZLG致遠電子的CANHub-AF1S1和CANHub-AF2S2組合的光纖主干網(wǎng)絡(luò)。

圖15使用光纖轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)光纖主干傳輸

以上就是今天跟大家分享的總線抗干擾的六種解決方案，在文章最后再補充在現(xiàn)場常用的兩種手段吧。

1、CAN線遠離干擾源

遠離干擾源是最簡單的抗干擾方法，如果CAN線與強電干擾源遠離0.5米，干擾就基本影響不到了?？墒窃趯嶋H布線中，經(jīng)常遇到空間太小而不得不和強電混在一起，如圖16所示，為某新能源汽車的驅(qū)動系統(tǒng)，CAN線與驅(qū)動線混在一起，結(jié)果導(dǎo)致干擾很大。只要與CAN并行的驅(qū)動線，具備2A/秒的電流變化，就會耦合出強磁場而導(dǎo)致CAN線上出現(xiàn)干擾脈沖。所以CAN線必須要和電流會劇烈變化的線纜遠離。比如繼電器、電磁閥、逆變器、電機驅(qū)動線等。

圖16 干擾現(xiàn)場圖

而解決這個問題，只能盡量保證強電與弱電分開捆扎，距離上盡量遠離。實在避不開，也要垂直交叉，也不能平行布線。

2、增加磁環(huán)或者共模電感

使用抗干擾的磁環(huán)，目的就是削弱特定頻率的干擾的影響。如圖17所示，為增加磁環(huán)的效果。CAN差分線纜可以兩線一起加，或者單端單獨加。

圖17 增加磁環(huán)

需要注意的是增加磁環(huán)或者共模電感時，不可隨意添加，如果適應(yīng)頻率不對，則會影響正常信號通訊哦。