CAN总线抗干扰良方.pdf-资料库

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广州致远电子有限公司工业通讯-CAN bus 通信产品 CAN 总线抗干扰的 6 条“军规” 随着 CAN 总线在电动汽车、充电桩、电力电子、轨道交通等电磁环境比较恶劣的场合应用越来越多，信号干扰的问题已经严重影响到使用者对 CAN 总线的信任。究竟如何才能抗干扰？本文展示了致远电子 CAN 总线抗干扰的 6 条“军规”。在汽油车时代，CAN 总线遇到的干扰少之又少，即使有一些继电器和电磁阀的脉冲，也不会有很大影响，稍微进行双绞处理，完全可以实现零错误帧。可是到了电动汽车年代，逆变器、电动机、充电机等大功率设备对 CAN 的影响足以中断通讯，或者损坏 CAN 节点，如图 1 图 2 所示，就是被逆变器干扰的 CAN 波形。图 1 干扰前图 2 干扰后面对干扰，各个汽车厂、零部件厂，测试诊断设备的厂商都纷纷研究抗干扰之“妙方”，以保证 CAN 稳定运行。本文就以广州致远电子有限公司 15 年的 CAN 现场故障排查经验，介绍抗干扰 6 条“军规”。 1．CAN 接口增加隔离与保护干扰不但影响信号，更严重的会导致板子死机或者烧毁，所以接口和电源的隔离是抗干扰的第一条“军规”.隔离的主要目的是：避免地回流烧毁电路板和限制干扰的幅度，保护控制器不死机。如图 3 所示，为未隔离时，两个节点的地电位不一致，导致有回流电流，产生共模信号，CAN 的抗共模干扰能力是-12~7V，超过这个差值则出现错误，如果共模差超过 ±36V，烧毁收发器或者电路板。图 3 未隔离时的地回流而增加 CTM1051KAT 隔离模块后,如图 4 和图 5 所示。隔绝了地回流，限制了干扰幅度。文库资料 ©2017 Guangzhou ZHIYUAN Electronics Stock Co., Ltd. 文章源自广州致远电子有限公司，转载或引用请注明出处 1

广州致远电子有限公司工业通讯-CAN bus 通信产品图 4 CTM1051KAT 隔离模块图 5 隔离地回流增加隔离后，是否万事大吉了？肯定不是，隔离只是阻挡，如果干扰强度很高，比如达到 2KV 浪涌，隔离也会被破坏。所以要想达到更高的防护等级，必须增加防浪涌电路。如图 6 所示，为致远电子高速总线标准防浪涌保护电路。图 6 信号保护电路此保护电路可达 4KV 浪涌而不损坏，不过注意如果要通过 2500VDC 耐压测试时，需要将 GDT 和 R3 拆除，防止高压击穿导致测试不通过。 2. CAN线提高双绞程度文库资料 ©2017 Guangzhou ZHIYUAN Electronics Stock Co., Ltd. 文章源自广州致远电子有限公司，转载或引用请注明出处 2

广州致远电子有限公司工业通讯-CAN bus 通信产品 CAN总线为了提高抗干扰能力，采用CANH和CANL差分传输，达到效果就是遇到干扰后，可以“同上同下”，最后CANH-CANL的差分值保持不变。如图7所示。图 7 差分抗干扰示意图可是，这种抗干扰能力，必须的条件是，CANH和CANL要很紧密地靠在一起，否则受到的干扰强度就不一样，就会导致差分信号受到干扰。所以CANH和CANL要紧密地绞在一起，通常双绞线只有33绞/米，而在强干扰场合，双绞程度要超过55绞/米才能达到较好的抗干扰效果。另外线缆的芯截面积要大于0.35~0.5 mm2 ，CAN_H对CAN_L的线间电容小于75 pF/m，如果采用屏蔽双绞线，CAN_H (或CAN_L) 对屏蔽层的电容小于110 pF/m。可以更好地降低线缆阻抗，从而降低干扰时抖动电压的幅度。图 8 双绞线 3. CAN线保证屏蔽效果与正确接地带屏蔽层的CAN线，可以良好地抵御电场的干扰，等于整个屏蔽层是一个等势体，避免 CAN导线受到干扰。如图9所示，为一个标准的屏蔽双绞线，CANH和CANL通过铝箔和无氧铜丝屏蔽网包裹，如图9所示。需要注意的是和与接插件的连接，在连接部分允许有短于25 mm 的电缆不用双绞。文库资料 ©2017 Guangzhou ZHIYUAN Electronics Stock Co., Ltd. 文章源自广州致远电子有限公司，转载或引用请注明出处 3

广州致远电子有限公司工业通讯-CAN bus 通信产品图 9 屏蔽双绞线较好的 CAN 屏蔽线带有 2 层屏蔽层，称为双层屏蔽线，其中内层的 CAN_GND 是与 CAN 收发器的地连接，外层的 Shield 是与外壳大地相连。内层可以平衡信号的地电位，抑制共模干扰，减少错误帧，但强干扰时收发器损坏率会提高；外层可以泄放电荷到大地，如图 10 所示。图 10 双层屏蔽线使用屏蔽线后，在屏蔽层没有良好接大地前，屏蔽线是不起作用的。所以我们要选择一种接地方式。通常来说，屏蔽层单点接地可以避免地回流（不同位置的地电位不同而导致的产生电流）、多点接地可以加快高频干扰信号的泄放。所以要根据实际情况选择合适的接地方式。如图11所示。图 11 屏蔽层接地方法在CAN的应用场合，由于距离一般都较远，所以大部分采用屏蔽层单点接地的原则，在干线上找一点将屏蔽层用导线直接接地，该点应是所受干扰最小的点，同时该点位于网络中心附近。 4. CAN线远离干扰源远离干扰源是最简单的抗干扰方法，如果CAN线与强电干扰源远离0.5米，干扰就基本影文库资料 ©2017 Guangzhou ZHIYUAN Electronics Stock Co., Ltd. 文章源自广州致远电子有限公司，转载或引用请注明出处 4

广州致远电子有限公司工业通讯-CAN bus 通信产品响不到了。可是在实际布线中，经常遇到空间太小而不得不和强电混在一起，如图12所示，为某新能源汽车的驱动系统，CAN线与驱动线混在一起，结果导致干扰很大。只要与CAN并行的驱动线，具备2A/秒的电流变化，就会耦合出强磁场而导致CAN线上出现干扰脉冲。所以CAN 线必须要和电流会剧烈变化的线缆远离。比如继电器、电磁阀、逆变器、电机驱动线等。图 12 布线乱问题而解决这个问题，只能尽量保证强电与弱电分开捆扎，距离上尽量远离。实在避不开，也要垂直交叉，也不能平行布线。 5. 增加磁环或者共模电感使用抗干扰的磁环，目的就是削弱特定频率的干扰的影响。如图 13 所示，为增加磁环的效果。CAN 差分线缆可以两线一起加，或者单端单独加。图 13 增加磁环磁环的效果可以大大削减特定频率的干扰强度，在增加磁环前，需要用 CANScope 或者示波器 FFT 快速傅里叶变化功能，测试出最高干扰的频率，然后向磁环厂家定制对应频率的磁环。如图 14 所示。为增加磁环前和增加磁环后的 FFT 的结果。可以看出干扰强度明显减小。文库资料 ©2017 Guangzhou ZHIYUAN Electronics Stock Co., Ltd. 文章源自广州致远电子有限公司，转载或引用请注明出处 5

广州致远电子有限公司工业通讯-CAN bus 通信产品图 14 增加磁环后的效果需要注意的是增加磁环或者共模电感时，不可随意添加，如果适应频率不对，则会影响正常信号通讯。 6. CAN 转为光纤传输抗干扰的终极手段就是把 CAN 转化为光纤传输，光纤是一种无法被电磁干扰的传输介质。如果前 5 种抗干扰手段均无法解决干扰问题，可以把 CAN 转化为光纤，实现“无懈可击”。如图 15 所示。为使用致远电子的 CANHub-AF1S1 和 CANHub-AF2S2 组合的光纤主干网络。图 15 使用光纤转换器实现光纤主干传输文库资料 ©2017 Guangzhou ZHIYUAN Electronics Stock Co., Ltd. 文章源自广州致远电子有限公司，转载或引用请注明出处 6

广州致远电子有限公司工业通讯-CAN bus 通信产品致远电子拥有近 20 年的 CAN 总线系统解决方案，形成产品系列最全的 CAN 总线设备家族。具备一支经验丰富的 CAN 故障诊断和测试的技术团队，可以给客户提供全套的技术服务支持。图 16 致远电子 CAN 解决方案家族文库资料 ©2017 Guangzhou ZHIYUAN Electronics Stock Co., Ltd. 文章源自广州致远电子有限公司，转载或引用请注明出处 7

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