如何解決CAN總線超強干擾？

前段時間有個用戶反饋說自己的設(shè)備啟動后多個節(jié)點處于失控狀態(tài)，用CANScope測試全是錯誤幀如圖1所示。

隨后讓客戶把測試的波形發(fā)來一看，是環(huán)境干擾惹的禍，如圖2所示。

這種強干擾導(dǎo)致了幀錯誤增加，重發(fā)頻繁，正確數(shù)據(jù)無法及時到達。所以如何解決CAN總線超強干擾呢，下面給您介紹一種方案。

圖1   強干擾下的報文

一、  將CAN轉(zhuǎn)為光纖傳輸

怎么能徹底解決強干擾帶來的隱患呢？只要數(shù)據(jù)的傳輸不依賴電信號就能完全隔離掉干擾。光纖作為一種無法被電磁干擾的傳輸介質(zhì)，我們可以把 CAN 容易受到干擾的部分使用光信號傳輸，增加CAN轉(zhuǎn)光纖轉(zhuǎn)換器。如圖3所示，為使用致遠電子的三臺CANSwitch-AF2S2組合的光纖主干網(wǎng)絡(luò)。

實現(xiàn)上面的光纖傳輸使用的是CANSwitch-AF2S2集線器（Hub）功能，在此模式下的設(shè)備可以實現(xiàn)自組網(wǎng)，實現(xiàn)設(shè)備級聯(lián)，只要通過軟件配置好設(shè)備，CAN 總線就會按照規(guī)定進行轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng) CAN 口上。下面再介紹它的另一種功能——轉(zhuǎn)換器（Converter）功能。

Converter（轉(zhuǎn)換器）功能支持TCP Sever/TCP Client/UDP工作方式和靈活的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過配置軟件用戶可以靈活的設(shè)定相關(guān)配置參數(shù)。典型應(yīng)用如下：

圖2   強干擾下的波形

l   TCP Server  模式

在 TCP 服務(wù)器（TCP Server）模式下，CANSwitch-AF2S2 不會主動與其它設(shè)備連接。它始終等待客戶端（TCP Client）的連接，在與客戶端建立 TCP 連接后即可進行雙向數(shù)據(jù)通信。建立通訊的過程如圖4所示。

圖3   使用光纖轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)光纖主干傳輸

l   TCP Client   模式

在 TCP 客戶端（TCP Client）模式下，CANSwitch-AF2S2 將主動與預(yù)先設(shè)定好的 TCP服務(wù)器連接。如果連接不成功，客戶端將會根據(jù)設(shè)置的連接條件不斷嘗試與 TCP 服務(wù)器建立連接。在與 TCP 服務(wù)器端建立 TCP 連接后即可進行雙向數(shù)據(jù)通信。建立通訊的過程如圖5所示。

圖4 TCP Sever 模式通訊示意圖

l   UDP模式

UDP 模式使用 UDP 協(xié)議進行數(shù)據(jù)通信。UDP 是一種不基于連接的通信方式，它不能保證發(fā)往目標(biāo)主機的數(shù)據(jù)包被正確接收，所以在對可靠性要求較高的場合需要通過上層的通信協(xié)議來保證數(shù)據(jù)正確，但UDP 方式可以提供比 TCP 方式更高的通信速度，以保證數(shù)據(jù)包的實時性。工作在這種方式下的設(shè)備，地位都是相等的，不存在服務(wù)器和客戶端。通訊的過程如圖6所示。

圖5   TCP Clinet 模式通訊示意圖

二、 一些硬件抗干擾的隔離與防護措施

圖6 UDP 模式通訊示意圖

1． 使用TVS二極管

TVS二極管并聯(lián)在信號線和信號地線之間，用來保護電纜受到雷擊或靜電放電時產(chǎn)生的浪涌高壓。當(dāng) TVS 上的電壓超過一定的幅度時，器件迅速導(dǎo)通，從而將浪涌能量泄放掉，并將電壓的幅度限制在一定的范圍內(nèi)。在這里建議在 CANH、CANL信號線上使用兩個 TVS管進行雙向保護，如下圖所示。

圖7  TVS二極管防護

2． 使用隔離收發(fā)器

如下圖所示的CTM1051(A)HP模塊內(nèi)部集成高可靠的浪涌防護電路，靜電放電抗擾度高達8kV，雷擊浪涌抗擾度高達4kV，可有效解決工業(yè)現(xiàn)場因靜電、浪涌干擾而導(dǎo)致的通訊異常問題。

圖8  隔離收發(fā)器

3． 信號保護器

外接專用的信號保護器消除干擾，如 ZF-12Y2 消耗干擾強度或者是CANbridge+ 網(wǎng)橋做隔離。

圖9    ZF系列防雷器