CAN总线抗干扰的六种解决方案

广州致远电子有限公司文库资料©2019GuangzhouZHIYUANElectronicsStockCo.,Ltd.文章源自广州致远电子有限公司，转载或引用请注明出处1工业通讯-CANbus通信产品CAN总线抗干扰的六种解决方案摘要：CAN总线虽然有强大的抗干扰和纠错重发机制，但目前CAN被大量应用于比如新能源汽车、轨道交通、医疗、煤矿、电机驱动等行业，而这些场合的电磁环境比较严重，所以如何抗干扰是工程师最为关心的话题。前段时间有个做模台流水线的用户，一条流水线有两路CAN总线，一条总线有22个控制节点，每当启动模台就会出现严重的失控状态，模台下是由很多电机驱动的，而操控台下放着变频器。使用CANScope测试发现，在未启动电机情况下，控制台的CAN通信正常，帧统计结果显示100%成功率，如图1所示。图1模台静态状态下帧统计此时CAN波形图如图2所示。图2模台静态状态下波形图广州致远电子有限公司文库资料©2019GuangzhouZHIYUANElectronicsStockCo.,Ltd.文章源自广州致远电子有限公司，转载或引用请注明出处2工业通讯-CANbus通信产品然而当模台电机启动之后，CAN总线质量急剧下滑，使用CANScope帧统计结果显示成功率仅仅为16.33%，如图3所示。图3模台动态态状态下帧统计此时的CAN波形图如图4所示，可见干扰导致波形严重畸变。图4模台动态态状态下波形图干扰导致帧错误增加，重发频繁，正确数据不能及时到达。所以如何解决干扰带来的困扰呢，下面就为大家介绍CAN总线抗干扰的六大解决方案。一、增加CAN接口电气隔离干扰不但影响信号，更严重的会导致板子死机或者烧毁，所以接口和电源的隔离是抗干扰的第一步。隔离的主要目的是：避免地回流烧毁电路板和限制干扰的幅度。如图5所示，未隔离时，两个节点的地电位不一致，导致有回流电流，产生共模信号，CAN的抗共模干扰能力是-12~7V，超过这个差值则出现错误，如果共模差超过±36V，烧毁收发器或者电路板。广州致远电子有限公司文库资料©2019GuangzhouZHIYUANElectronicsStockCo.,Ltd.文章源自广州致远电子有限公司，转载或引用请注明出处3工业通讯-CANbus通信产品图5差分抗干扰示意图传统用户都采用分立器件自己搭建隔离电路的方式，如今大家更青睐使用隔离收发器做防护隔离。如图6所示的CTM系列隔离收发器的总线隔离技术，与传统分立器件方案相比，产品具备更高的集成度与可靠性，能够有效提升总线通信防护等级，极大程度降低用户的采购与生产成本，大幅缩短开发周期。图6隔离CAN收发器增加CTM隔离模块后，如图7所示。隔绝了地回流，限制了干扰幅度。广州致远电子有限公司文库资料©2019GuangzhouZHIYUANElectronicsStockCo.,Ltd.文章源自广州致远电子有限公司，转载或引用请注明出处4工业通讯-CANbus通信产品图7隔离地回流二、共CAN收发器的信号地共CAN收发器的信号地，并且CAN使用三线制信号传输。可以有效抑制共模干扰。注意图8中屏蔽层为近距离外壳等电势的情况下的接线方法。图8CAN信号共地三、CAN线保证屏蔽效果与正确接地带屏蔽层的CAN线，可以良好地抵御电场的干扰，等于整个屏蔽层是一个等势体，避免CAN导线受到干扰。如图9所示，为一个标准的屏蔽双绞线，CANH和CANL通过铝箔和无氧铜丝屏蔽网包裹，如图9所示。需要注意的是和与接插件的连接，在连接部分允许有短于25mm的电缆不用双绞。广州致远电子有限公司文库资料©2019GuangzhouZHIYUANElectronicsStockCo.,Ltd.文章源自广州致远电子有限公司，转载或引用请注明出处5工业通讯-CANbus通信产品图9屏蔽双绞线使用屏蔽线后，在屏蔽层没有良好接大地前，屏蔽线是不起作用的。所以我们要选择一种接地方式。这里有三种外壳接地法：屏蔽层单点接地，可以避免地回流（不同位置的地电位不同而导致的产生电流），如图10所示。节点信号地阻容接自身外壳，如图11所示。屏蔽层分段屏蔽法，如图12所示，多点接地可以加快高频干扰信号的泄放，屏蔽层单点接地可以避免地回流，所以要根据实际情况选择合适的接地方式。图10屏蔽层单点接地广州致远电子有限公司文库资料©2019GuangzhouZHIYUANElectronicsStockCo.,Ltd.文章源自广州致远电子有限公司，转载或引用请注明出处6工业通讯-CANbus通信产品图11节点信号地阻容接自身外壳地图12屏蔽层分段屏蔽法在CAN的应用场合，由于距离一般都较远，所以大部分采用屏蔽层单点接地的原则，在干线上找一点将屏蔽层用导线直接接地，该点应是所受干扰最小的点，同时该点位于网络中心附近。四、提高CAN线双绞程度CAN总线为了提高抗干扰能力，采用CANH和CANL差分传输，达到效果就是遇到干扰后，可以“同上同下”，最后CANH-CANL的差分值保持不变。如图13所示。图13差分抗干扰示意图CANH和CANL要紧密地绞在一起，通常双绞线只有33绞/米，而在强干扰场合，双广州致远电子有限公司文库资料©2019GuangzhouZHIYUANElectronicsStockCo.,Ltd.文章源自广州致远电子有限公司，转载或引用请注明出处7工业通讯-CANbus通信产品绞程度要到45-55绞/米才能达到较好的抗干扰效果。另外线缆的芯截面积要大于0.35~0.5mm²，CAN_H对CAN_L的线间电容小于75pF/m，如果采用屏蔽双绞线，CAN_H(或CAN_L)对屏蔽层的电容小于110pF/m。可以更好地降低线缆阻抗，从而降低干扰时抖动电压的幅度。表1双绞线对磁干扰的衰减比五、增加信号保护器增加信号保护器，提高抗浪涌群脉冲等EMC能力。上面的隔离只是阻挡，如果干扰强度很高，比如达到2KV浪涌，隔离也会被破坏。所以要想达到更高的防护等级，必须增加防浪涌电路。如图14所示，为ZLG致远电子高速总线标准防浪涌保护电路。注意，由于电容较大，一条总线最多增加2-3个保护器！图14信号保护电路六、CAN转为光纤传输增加CAN转光纤转换器。解决超强干扰（比如远程激光与电磁脉冲发射装置）与雷击问题，光纤是一种无法被电磁干扰的传输介质，如图15所示，为使用ZLG致远电子的CANHub-AF1S1和CANHub-AF2S2组合的光纤主干网络。广州致远电子有限公司文库资料©2019GuangzhouZHIYUANElectronicsStockCo.,Ltd.文章源自广州致远电子有限公司，转载或引用请注明出处8工业通讯-CANbus通信产品图15使用光纤转换器实现光纤主干传输以上就是今天跟大家分享的总线抗干扰的六种解决方案，在文章最后再补充在现场常用的两种手段吧。1、CAN线远离干扰源远离干扰源是最简单的抗干扰方法，如果CAN线与强电干扰源远离0.5米，干扰就基本影响不到了。可是在实际布线中，经常遇到空间太小而不得不和强电混在一起，如图16所示，为某新能源汽车的驱动系统，CAN线与驱动线混在一起，结果导致干扰很大。只要与CAN并行的驱动线，具备2A/秒的电流变化，就会耦合出强磁场而导致CAN线上出现干扰脉冲。所以CAN线必须要和电流会剧烈变化的线缆远离。比如继电器、电磁阀、逆变器、电机驱动线等。图16干扰现场图而解决这个问题，只能尽量保证强电与弱电分开捆扎，距离上尽量远离。实在避不开，广州致远电子有限公司文库资料©2019GuangzhouZHIYUANElectronicsStockCo.,Ltd.文章源自广州致远电子有限公司，转载或引用请注明出处9工业通讯-CANbus通信产品也要垂直交叉，也不能平行布线。2、增加磁环或者共模电感使用抗干扰的磁环，目的就是削弱特定频率的干扰的影响。如图17所示，为增加磁环的效果。CAN差分线缆可以两线一起加，或者单端单独加。图17增加磁环需要注意的是增加磁环或者共模电感时，不可随意添加，如果适应频率不对，则会影响正常信号通讯哦。