CAN總線抗干擾的六種解決方案

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

?

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 個控制節點，每當啟動模臺就會出現嚴重的失控狀態，模臺下是由很多電機驅動的，而操控臺下放著變頻器。使用 CANScope 測試發現，在未啟動電機情況下，控制臺的 CAN 通信正常，幀統計結果顯示 100%成功率，如圖 1 所示。

此時 CAN 波形圖如圖 2 所示。

?

圖 2 模臺靜態狀態下波形圖

?

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

?

圖 3 模臺動態態狀態下幀統計

?

此時的 CAN 波形圖如圖 4 所示，可見干擾導致波形嚴重畸變。

?

圖 4 模臺動態態狀態下波形圖

干擾導致幀錯誤增加，重發頻繁，正確數據不能及時到達。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。

一、增加 CAN 接口電氣隔離

干擾不但影響信號，更嚴重的會導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，兩個節點的地電位不一致，導致有回流電流，產生共模信號，CAN 的抗共模干擾能力是 -12~7V，超過這個差值則出現錯誤，如果共模差超過±36V，燒毀收發器或者電路板。

?

圖 5 差分抗干擾示意圖

?

傳統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器做防護隔離。如圖 6 所示的 CTM 系列隔離收發器的總線隔離技術，與傳統分立器件方案相比，產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成本，大幅縮短開發周期。

?

圖 6 隔離 CAN 收發器

?

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

?

二、共 CAN 收發器的信號地

共 CAN 收發器的信號地，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 8 CAN 信號共地

?

?

三、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致的產生電流），如圖 10 所示。節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線直接接地，該點應是所受干擾最小的點，同時該點位于網絡中心附近。

?

?

四、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。可以更好地降低線纜阻抗，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

?

?

五、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

?

六、CAN 轉為光纖傳輸

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

?

?

?

圖 15 使用光纖轉換器實現光纖主干傳輸

?

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動系統，CAN 線與驅動線混在一起，結果導致干擾很大。只要與 CAN 并行的驅動線，具備 2A/ 秒的電流變化，就會耦合出強磁場而導致 CAN 線上出現干擾脈沖。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、電機驅動線等。

?

?

圖 16 干擾現場圖

?

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、增加磁環或者共模電感

使用抗干擾的磁環，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

?

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

總結

以上是生活随笔為你收集整理的CAN总线抗干扰的六种解决方案的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。