如何快速實現CAN總線故障定位?

2021-12-23 ZLG致遠電子

CAN總線是當前應用最廣泛的現場總線之一，但其複雜的故障排查經常困擾到應用工程師。本文筆者結合工作經驗為大家推薦幾種快速定位CAN總線故障節點的方法。

  總線故障

CAN總線故障的原因多種多樣，如節點發送周期異常、節點掉線甚至整條總線被拖垮。一個故障節點或者隱患節點往往會危害到整個產品的安全，如新能源車的控制總線中，故障節點導致儀錶盤數據更新滯後、顯示錯誤導致司機判斷錯誤引發道路安全事故。

 

圖1 總線故障案例

  故障定位方法

方法一：將CAN節點一個一個往總線上接，每接一個節點後觀察、測試總線通信狀況。該方法相信是絕大多數現場應用工程師都有嘗試，往往可以零成本揪出問題節點。以上方法雖然非常簡單，但弊端也很多。其一，當總線節點過多或者總線布線複雜時往往使工程師抓狂；其二，假如故障原因是各節點容抗、阻抗控制不好導致的，往往多個節點的累積效應才導致問題出現，因此最後一個掛上去且總線出問題的節點不可避免要「背鍋」。

 

圖2 節點依次接入總線

方法二：根據特徵電平判斷錯誤原因。從波形上對通信錯誤的診斷往往是最直接、高效的，但這依賴豐富的現場經驗，筆者此處列舉幾個CAN波形案例供參考。

圖3錯誤幀是在幀結束位置出現電平臺階。此錯誤由主動錯誤標誌+錯誤標誌疊加而成，二次抬高的是 6 個連續顯性電平，因某節點錯誤後全局通知，各節點錯誤標誌疊加造成的。通常，當節點受較強的電磁場幹擾後易發生此類錯誤，如變頻器、逆變器、電機等功率器件。此時，我們亦可配合FFT分析工具分析幹擾頻點，以此定位到幹擾源並屏蔽它，如圖4。

 

圖3 幀結束波形臺階

 

圖4 FFT分析幹擾頻點

圖5錯誤幀波形邊沿出現抖動，此錯誤一般是長分支導致。在一字型總線網絡拓撲布線完整且兩端各匹配120歐終端電阻情況下，為了再將遠端新節點接入網絡使用一根較長通信線直接接入CAN網絡，此節點將帶來長分支問題。一般地，長分支仍需要做阻抗匹配，更好的方式是從兩端延長通信線接上該節點，仍「手挽手」保持一字型網絡拓撲。

 

圖5 長分支導致邊沿抖動

圖6波特率異常（位寬度從2us突然變成1.6us），導致位錯誤引起錯誤幀。位寬的不穩定是波特率不穩定導致的，最有可能的原因是晶振問題，建議更換晶振測試。

 

圖6 波特率偏差引起錯誤幀

方法三：使用CAN轉換器或接口類產品輔助排查。簡單的故障排查一般我們採用USBCAN卡解決，通過抓取總線上的報文分析故障節點。極端情況下，一個故障節點往往能直接拖垮一個總線，總線上將無任何數據，此時怎麼通過抓取報文解決問題呢？通過一個多路的CAN集線器能解決以上問題。CAN集線器的每個CAN接口都是一個獨立的CAN節點，一路CAN的嚴重故障不會導致所有節點不能進行數據收發，此時不能正常發出數據的節點可判定為故障節點。

 

圖7 CANHUB提供8路獨立CAN網絡

  總結

以上內容為工程師呈現幾種常用的CAN總線故障定位方法，從便捷、成本、高效方面考慮，筆者優先推薦方法三。此外，CAN集線器也兼顧中繼器、信號放大器的作用，把多個節點拆分到不同獨立的CAN總線上能消除負載集中，有效減小總線故障的發生。若您有更好的CAN總線故障排查方法可在文章下方留言，與廣大工程師交流分享。

 

圖8 CANHub-AS8應用實例

 

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