如何解決CAN總線超強幹擾?

2021-01-16 電子產品世界

編者按：CAN總線系統由一系列的網絡節點通過總線相互連接組成，在實際應用中網絡節點既是幹擾源又是被幹擾對象，尤其在超強幹擾的情況下，如何使系統可靠運行成為一大難題。

前段時間有個用戶反饋說自己的設備啟動後多個節點處於失控狀態，用CANScope測試全是錯誤幀如圖1所示。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/202003/410596.htm

隨後讓客戶把測試的波形發來一看，是環境幹擾惹的禍，如圖2所示。

這種強幹擾導致了幀錯誤增加，重發頻繁，正確數據無法及時到達。所以如何解決CAN總線超強幹擾呢，下面給您介紹一種方案。

圖1   強幹擾下的報文

一、  將CAN轉為光纖傳輸

怎麼能徹底解決強幹擾帶來的隱患呢？只要數據的傳輸不依賴電信號就能完全隔離掉幹擾。光纖作為一種無法被電磁幹擾的傳輸介質，我們可以把 CAN 容易受到幹擾的部分使用光信號傳輸，增加CAN轉光纖轉換器。如圖3所示，為使用致遠電子的三臺CANSwitch-AF2S2組合的光纖主幹網絡。

實現上面的光纖傳輸使用的是CANSwitch-AF2S2集線器（Hub）功能，在此模式下的設備可以實現自組網，實現設備級聯，只要通過軟體配置好設備，CAN 總線就會按照規定進行轉發到相應 CAN 口上。下面再介紹它的另一種功能——轉換器（Converter）功能。

Converter（轉換器）功能支持TCP Sever/TCP Client/UDP工作方式和靈活的拓撲結構，通過配置軟體用戶可以靈活的設定相關配置參數。典型應用如下：

圖2   強幹擾下的波形

l   TCP Server  模式

在 TCP 伺服器（TCP Server）模式下，CANSwitch-AF2S2 不會主動與其它設備連接。它始終等待客戶端（TCP Client）的連接，在與客戶端建立 TCP 連接後即可進行雙向數據通信。建立通訊的過程如圖4所示。

圖3   使用光纖轉換器實現光纖主幹傳輸

l   TCP Client   模式

在 TCP 客戶端（TCP Client）模式下，CANSwitch-AF2S2 將主動與預先設定好的 TCP伺服器連接。如果連接不成功，客戶端將會根據設置的連接條件不斷嘗試與 TCP 伺服器建立連接。在與 TCP 伺服器端建立 TCP 連接後即可進行雙向數據通信。建立通訊的過程如圖5所示。

圖4 TCP Sever 模式通訊示意圖

l   UDP模式

UDP 模式使用 UDP 協議進行數據通信。UDP 是一種不基於連接的通信方式，它不能保證發往目標主機的數據包被正確接收，所以在對可靠性要求較高的場合需要通過上層的通信協議來保證數據正確，但UDP 方式可以提供比 TCP 方式更高的通信速度，以保證數據包的實時性。工作在這種方式下的設備，地位都是相等的，不存在伺服器和客戶端。通訊的過程如圖6所示。

圖5   TCP Clinet 模式通訊示意圖

二、 一些硬體抗幹擾的隔離與防護措施

圖6 UDP 模式通訊示意圖

1． 使用TVS二極體

TVS二極體並聯在信號線和信號地線之間，用來保護電纜受到雷擊或靜電放電時產生的浪湧高壓。當 TVS 上的電壓超過一定的幅度時，器件迅速導通，從而將浪湧能量洩放掉，並將電壓的幅度限制在一定的範圍內。在這裡建議在 CANH、CANL信號線上使用兩個 TVS管進行雙向保護，如下圖所示。

圖7  TVS二極體防護

2． 使用隔離收發器

如下圖所示的CTM1051(A)HP模塊內部集成高可靠的浪湧防護電路，靜電放電抗擾度高達8kV，雷擊浪湧抗擾度高達4kV，可有效解決工業現場因靜電、浪湧幹擾而導致的通訊異常問題。


圖8  隔離收發器

3． 信號保護器

外接專用的信號保護器消除幹擾，如 ZF-12Y2 消耗幹擾強度或者是CANbridge+ 網橋做隔離。


圖9    ZF系列防雷器


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