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如何提高CAN总线接口防护设计的可靠性?

发布时间:2017-03-16 责任编辑:sherry

【导读】随着计算机技术、通信技术和控制技术的发展,传统的工业控制领域正经历着一场前所未有的变革,而工业控制的网络化,更拓展了工业控制领域的发展空间,带来新的发展机遇。在广泛的工业领域,CAN总线可作为现场设备级的通信总线,而且与其他的总线相比,具有很高的可靠性和性能价格比。
 
控制器局域网总线(CAN,Controller Area Network)是一种用于实时应用的串行通讯协议总线,它可以使用双绞线来传输信号,是世界上应用最广泛的现场总线之一。CAN总线是一种多主方式的串行通讯总线,基本设计规范要求有高的位速率,高抗电子干扰性,并且能够检测出产生的任何错误。CAN总线可以应用于汽车电控制系统、电梯控制系统、安全监测系统、医疗仪器、纺织机械、船舶运输等领域。本篇硕凯电子的FAE工程师将从以下几大方面帮您实现CAN总线接口防护设计可靠性的提高。
 
  对于提高CAN总线的可靠性而言,离不开隔离、总线阻抗匹配、总线保护等,在设计CAN总线接口防护方案时要注意这些点以提高总线电路可靠性和安全性。
 
  CAN总线的特点:
 
  1、具有实时性强、传输距离较远、抗电磁干扰能力强、成本低等优点;
 
  2、采用双线串行通信方式,检错能力强,可在高噪声干扰环境中工作;
 
  3、具有优先权和仲裁功能,多个控制模块通过CAN 控制器挂到CAN-bus 上,形成多主机局部网络;
 
  4、可根据报文的ID决定接收或屏蔽该报文;
 
  5、可靠的错误处理和检错机制;
 
  6、发送的信息遭到破坏后,可自动重发;
 
  7、节点在错误严重的情况下具有自动退出总线的功能;
 
  8、报文不包含源地址或目标地址,仅用标志符来指示功能信息、优先级信息。
 
  CAN总线的应用
 
  CAN总线在组网和通信功能上的优点以及其高性价比据定了它在许多领域有广阔的应用前景和发展潜力。这些应用有些共同之处:CAN实际就是在现场起一个总线拓扑的计算机局域网的作用。不管在什么场合,它负担的是任一节点之间的实时通信,但是它具备结构简单、高速、抗干扰、可靠、价位低等优势。CAN总线最初是为汽车的电子控制系统而设计的,目前在欧洲生产的汽车中CAN的应用已非常普遍,不仅如此,这项技术已推广到火车、轮船等交通工具中。
CAN总线
  汽车电子CAN总线防护方案设计思路
 
  CAN 总线的数据通信具有突出的可靠性、实时性和灵活性。由于其良好的性能及独特的设计,CAN总线越来越受到人们的重视,它在汽车领域上的应用是最广泛的。CAN总线是设计用于车内控制和监控功能的双线通信总线。它们的线路有很大的可能性会暴露于瞬态浪涌,从而会导致未受保护的 CAN收发器出现故障。
 
  为防止汽车在使用寿命期内由于数据交换错误而对司机造成危险,汽车的安全系统要求数据传输具有较高的安全性。如果数据传输的可靠性足够高,或者残留下来的数据错误足够低的话,这一目标不难实现。从总线系统数据的角度看,可靠性可以理解为,对传输过程产生的数据错误的识别能力。
 
  由于汽车启动瞬间或者感性负载的开关等原因,会产生一个比较大的尖峰浪涌电压,容易造成CAN控制芯片损坏,因此在线—线之间加入TVS二极管,进行差模防护。在线—地之间各加入了一个TVS二极管,进行共模防护。
 
  汽车电子CAN总线防护方案说明及注意事项
 
  1、前端采用通流量大的GDT,泄放大电流
 
  2、后级采用反应时间快的TVS,残压低,有效保护CAN控制芯片
 
  3、中间采用PTC做退藕,让前端GDT更容易动作,达到泄放电流作用
 
  4、方案需满足IEC61000-4-2、GBT1762.2等静电标准,IEC61000-4-5、GBT1762.5等浪涌标准
 
  5、本方案在差模,共模均采用的是同型号的TVS和GDT,防护无死角
 
  6、可通过10/700μS(等效内阻40ohm)、1.2/50-8/20μS测试,具体防护等级需参考GDT和TVS二极管的通流量。
 
  在 CAN总线技术的帮助下,内部各种传感器实现信息共享后,大大减少了车体内线束和控制器的接口数量,避免了过多线束存在的互相干涉、磨损等隐患,降低了汽车电气系统的故障发生率。打开发动机舱盖,看到的是清晰简洁的舱内布局。维修方面,CAN总线技术的应用也使得故障排查得到最便利的保证。CAN总线智能 管家系统符合欧美OBDII标准法规,实现了在线诊断的功能。在车辆发生故障后,各个控制器通过CAN总线智能管家系统存储故障代码,由专业人员,通过诊断仪为车辆诊断出各种故障状态,快速准确地查找到故障点,第一时间排除故障。利用CAN总线技术实现系统集成的信息传输,大大提高了各部件的响应速度,减少了配件磨损发生率,也相应的降低了维修成本;而且,先进集成技术的应用,也大幅提高了车辆自身的科技含量,增强了产品竞争力。
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