如何接好CAN的“地”?

工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)CAN環(huán)境復(fù)雜多變，工程師面對(duì)信號(hào)的雜、亂、差卻是束手無(wú)策，追根溯源對(duì)于信號(hào)的各種地你接對(duì)了嗎?

CAN總線以其高可靠性、實(shí)時(shí)性、靈活性以及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)據(jù)處理機(jī)制等特點(diǎn)，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和汽車(chē)行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，但隨著環(huán)境干擾以及節(jié)點(diǎn)數(shù)目的增加等對(duì)CAN總線的穩(wěn)定性提出更高的要求，而面對(duì)電源地、信號(hào)地、屏蔽地、外殼地不同的接地方式又該如何處理呢?

如圖1分別是電源地、信號(hào)地、屏蔽地以及大地四種不同地的常見(jiàn)符號(hào)。

圖1 四種接地符號(hào)

Ø 電源地概念：

電源地也為供電地，是為保證供電電源形成完整的電流回路設(shè)置的供電地，即GND。

Ø 電源地處理：

與單電源供電的負(fù)極相連。

圖2 CAN收發(fā)器電源地(GND)接線

Ø 信號(hào)地概念：

信號(hào)地也稱為隔離地，為使電子設(shè)備工作時(shí)有一個(gè)統(tǒng)一的參考電位，避免有害電磁場(chǎng)的干擾，使設(shè)備穩(wěn)定可靠的工作，設(shè)備中的信號(hào)電路統(tǒng)一參考地，即CAN-GND;

Ø 信號(hào)地處理：

許多實(shí)際應(yīng)用中，設(shè)計(jì)者常直接將每個(gè)節(jié)點(diǎn)的參考地接于本地的大地，作為信號(hào)的返回地，看似正?？煽康淖龇?，卻存在極大的隱患!

信號(hào)地(CAN-GND)正確的接法主要分為兩種：

單屏蔽層線纜：如果線纜是單屏蔽層，信號(hào)地理想接法是使用專(zhuān)門(mén)的信號(hào)線將所有節(jié)點(diǎn)信號(hào)地連接，起到參考地的作用。但如果缺少信號(hào)地線，亦可將所有節(jié)點(diǎn)信號(hào)地都連接到屏蔽層，但這樣屏蔽效果亦差強(qiáng)人意。

圖 3 帶有屏蔽層雙絞線

圖 4 含信號(hào)地線雙絞線連接方式

圖 5 信號(hào)地與屏蔽層連接方式

雙屏蔽層線纜：當(dāng)使用雙層屏蔽電纜時(shí)，需要將所有節(jié)點(diǎn)信號(hào)地連接到內(nèi)屏蔽層，若使用非屏蔽線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，請(qǐng)保持信號(hào)地管腳懸空處理。

圖 6 雙屏蔽層信號(hào)地處理方式

所有節(jié)點(diǎn)信號(hào)地接到屏蔽層或者雙屏蔽層的內(nèi)層后，屏蔽層處理方式注意為單點(diǎn)接地，不可多點(diǎn)接地，否則會(huì)在信號(hào)地線上形成地環(huán)流。

另外，單點(diǎn)接地時(shí)為了加大供電地和信號(hào)地之間的隔離電阻，阻止共地阻抗電路耦合產(chǎn)生的電磁干擾，注意采用隔離浮地設(shè)計(jì)，通過(guò)阻容方式將屏蔽層與外殼隔離。

圖 7 未進(jìn)行單點(diǎn)接地處理的報(bào)文受到電磁干擾

Ø 屏蔽地概念：

屏蔽地(CAN-Shield)也可理解為CAN屏蔽層，部分場(chǎng)合也標(biāo)為FG。導(dǎo)體外部有導(dǎo)體包裹的導(dǎo)線叫屏蔽線，包裹的導(dǎo)體叫屏蔽層，一般為編織銅網(wǎng)或銅泊(鋁)，屏蔽層需要接地處理，保證外來(lái)的干擾信號(hào)可被該層導(dǎo)入大地。

圖8 單屏蔽層和雙屏蔽層電纜剖析

Ø 屏蔽地處理：

當(dāng)使用雙層屏蔽電纜時(shí)，CAN-Shield連接到外屏蔽層和DB9連接器的屏蔽殼。并且，使用DB9針式連接器時(shí)外屏蔽層會(huì)被連接到pin 5以保證當(dāng)使用沒(méi)有屏蔽連接的連接器時(shí)，可靠的接地。

多節(jié)點(diǎn)總線同樣要求屏蔽地采用單點(diǎn)接地，防止形成回路，并且為浮地設(shè)計(jì)。

如下圖9所示處理方式，CTM1051模塊3腳為屏蔽地，5腳為信號(hào)地。

圖9 雙屏蔽層線中信號(hào)地、屏蔽地處理方式

Ø 外殼地概念：

靜電的電荷集聚在物體的表面，一旦遇到可以釋放的回路就可以形成電流。有時(shí)候產(chǎn)生的電壓非常高，特別是在干燥的環(huán)境里。電子產(chǎn)品的外殼地就是用來(lái)快速地將電荷釋放到大地。

Ø 外殼地處理：

外殼接地既是對(duì)人體安全的保護(hù)，也是防干擾的一種手段，因?yàn)橐话闱闆r下機(jī)殼是金屬的，是非常好的屏蔽體，絕大部分輻射干擾都可以阻擋在機(jī)殼之外。通過(guò)地線引入的干擾(也叫共阻抗干擾)，處理方法一般采用地線隔離技術(shù)，在外殼接地時(shí)接入阻抗，加入濾波等。