【導讀】隨著計算機技術、通信技術和控制技術的發(fā)展，傳統(tǒng)的工業(yè)控制領域正經(jīng)歷著一場前所未有的變革，而工業(yè)控制的網(wǎng)絡化，更拓展了工業(yè)控制領域的發(fā)展空間，帶來新的發(fā)展機遇。在廣泛的工業(yè)領域，CAN總線可作為現(xiàn)場設備級的通信總線，而且與其他的總線相比，具有很高的可靠性和性能價格比。
控制器局域網(wǎng)總線（CAN，Controller Area Network）是一種用于實時應用的串行通訊協(xié)議總線，它可以使用雙絞線來傳輸信號，是世界上應用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。CAN總線是一種多主方式的串行通訊總線，基本設計規(guī)范要求有高的位速率，高抗電子干擾性，并且能夠檢測出產(chǎn)生的任何錯誤。CAN總線可以應用于汽車電控制系統(tǒng)、電梯控制系統(tǒng)、安全監(jiān)測系統(tǒng)、醫(yī)療儀器、紡織機械、船舶運輸?shù)阮I域。本篇碩凱電子的FAE工程師將從以下幾大方面幫您實現(xiàn)CAN總線接口防護設計可靠性的提高。
對于提高CAN總線的可靠性而言，離不開隔離、總線阻抗匹配、總線保護等，在設計CAN總線接口防護方案時要注意這些點以提高總線電路可靠性和安全性。
CAN總線的特點：
1、具有實時性強、傳輸距離較遠、抗電磁干擾能力強、成本低等優(yōu)點;
2、采用雙線串行通信方式，檢錯能力強，可在高噪聲干擾環(huán)境中工作;
3、具有優(yōu)先權和仲裁功能，多個控制模塊通過CAN 控制器掛到CAN-bus 上，形成多主機局部網(wǎng)絡;
4、可根據(jù)報文的ID決定接收或屏蔽該報文;
5、可靠的錯誤處理和檢錯機制;
6、發(fā)送的信息遭到破壞后，可自動重發(fā);
7、節(jié)點在錯誤嚴重的情況下具有自動退出總線的功能;
8、報文不包含源地址或目標地址，僅用標志符來指示功能信息、優(yōu)先級信息。
CAN總線的應用
CAN總線在組網(wǎng)和通信功能上的優(yōu)點以及其高性價比據(jù)定了它在許多領域有廣闊的應用前景和發(fā)展?jié)摿?。這些應用有些共同之處：CAN實際就是在現(xiàn)場起一個總線拓撲的計算機局域網(wǎng)的作用。不管在什么場合，它負擔的是任一節(jié)點之間的實時通信，但是它具備結構簡單、高速、抗干擾、可靠、價位低等優(yōu)勢。CAN總線最初是為汽車的電子控制系統(tǒng)而設計的，目前在歐洲生產(chǎn)的汽車中CAN的應用已非常普遍，不僅如此，這項技術已推廣到火車、輪船等交通工具中。
汽車電子CAN總線防護方案設計思路
CAN 總線的數(shù)據(jù)通信具有突出的可靠性、實時性和靈活性。由于其良好的性能及獨特的設計，CAN總線越來越受到人們的重視，它在汽車領域上的應用是最廣泛的。CAN總線是設計用于車內(nèi)控制和監(jiān)控功能的雙線通信總線。它們的線路有很大的可能性會暴露于瞬態(tài)浪涌，從而會導致未受保護的 CAN收發(fā)器出現(xiàn)故障。
為防止汽車在使用壽命期內(nèi)由于數(shù)據(jù)交換錯誤而對司機造成危險，汽車的安全系統(tǒng)要求數(shù)據(jù)傳輸具有較高的安全性。如果數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃宰銐蚋撸蛘邭埩粝聛淼臄?shù)據(jù)錯誤足夠低的話，這一目標不難實現(xiàn)。從總線系統(tǒng)數(shù)據(jù)的角度看，可靠性可以理解為，對傳輸過程產(chǎn)生的數(shù)據(jù)錯誤的識別能力。
由于汽車啟動瞬間或者感性負載的開關等原因，會產(chǎn)生一個比較大的尖峰浪涌電壓，容易造成CAN控制芯片損壞，因此在線—線之間加入TVS二極管，進行差模防護。在線—地之間各加入了一個TVS二極管，進行共模防護。
汽車電子CAN總線防護方案說明及注意事項
1、前端采用通流量大的GDT，泄放大電流
2、后級采用反應時間快的TVS，殘壓低，有效保護CAN控制芯片
3、中間采用PTC做退藕，讓前端GDT更容易動作，達到泄放電流作用
4、方案需滿足IEC61000-4-2、GBT1762.2等靜電標準，IEC61000-4-5、GBT1762.5等浪涌標準
5、本方案在差模，共模均采用的是同型號的TVS和GDT，防護無死角
6、可通過10/700μS（等效內(nèi)阻40ohm）、1.2/50-8/20μS測試，具體防護等級需參考GDT和TVS二極管的通流量。
在 CAN總線技術的幫助下，內(nèi)部各種傳感器實現(xiàn)信息共享后，大大減少了車體內(nèi)線束和控制器的接口數(shù)量，避免了過多線束存在的互相干涉、磨損等隱患，降低了汽車電氣系統(tǒng)的故障發(fā)生率。打開發(fā)動機艙蓋，看到的是清晰簡潔的艙內(nèi)布局。維修方面，CAN總線技術的應用也使得故障排查得到最便利的保證。CAN總線智能 管家系統(tǒng)符合歐美OBDII標準法規(guī)，實現(xiàn)了在線診斷的功能。在車輛發(fā)生故障后，各個控制器通過CAN總線智能管家系統(tǒng)存儲故障代碼，由專業(yè)人員，通過診斷儀為車輛診斷出各種故障狀態(tài)，快速準確地查找到故障點，第一時間排除故障。利用CAN總線技術實現(xiàn)系統(tǒng)集成的信息傳輸，大大提高了各部件的響應速度，減少了配件磨損發(fā)生率，也相應的降低了維修成本;而且，先進集成技術的應用，也大幅提高了車輛自身的科技含量，增強了產(chǎn)品競爭力。
