CAN總線一直以實時性強,、傳輸距離遠,、抗干擾能力強、數(shù)據(jù)保證到達等特點而廣泛應用于高可靠性的場合,。但常常在觀察CAN通信波形時,，我們會發(fā)現(xiàn)差分電平在ACK段突然增高,，這是什么原因?qū)е碌哪兀窟@里結(jié)合測試實例對ACK電平偏高的原因做簡單分析,。
一,、ACK簡介
ACK的作用：確認一幀報文是否正常接收。
以標準數(shù)椐幀為例,，從結(jié)構(gòu)上看分成7段,，分別為起始段,、仲裁段,、控制段、數(shù)椐段,、CRC校驗段,、ACK應答段,、幀結(jié)束段，如圖1所示：
圖1 標準數(shù)椐幀結(jié)構(gòu)
ACK段長度為2個位,，包含應答間隙（ACK SLOT）和應答界定符（ACK DELIMITER）,。在應答場里，發(fā)送站發(fā)送兩個“隱性”位,。當接收器正確地接收到有效的報文,，接收器就會在應答間隙（ACK SLOT）期間（發(fā)送ACK信號）向發(fā)送器發(fā)送一“顯性”的位以示應答。如圖2 （CANScope測試的ACK段波形圖）所示：
圖2 ACK應答位結(jié)構(gòu)
應答間隙：所有接收到匹配CRC序列（CRC SEQUENCE）的節(jié)點會在應答間隙（ACK SLOT）期間用一“顯性”的位寫入發(fā)送器的“隱性”位來作出回答,，由于CAN總線線與的原理,，只要總線上有一個節(jié)點正確接收到數(shù)據(jù)，則ACK SLOT就會被填入顯性電平,。
ACK界定符：ACK界定符是ACK場的第二個位,，并且是一個必須為“隱性”的位。因此,，應答間隙（ACK SLOT）被兩個“隱性”的位所包圍,，也就是CRC界定符（CRC DELIMITER）和ACK界定符（ACK DELIMITER）。
當一個接收節(jié)點接收的幀起始到CRC段之間的內(nèi)容沒發(fā)生錯誤時,，它將在ACK段發(fā)送一個顯性電平,。 如圖3所示：
圖3 ACK應答過程分析
二、CAN總線ACK電平偏高原因分析
以使用ZLG致遠電子CANScope測試某電車CAN網(wǎng)絡為例,，20多個CAN節(jié)點采樣手牽手方式組網(wǎng),，線兩端各接120歐電阻，通訊能夠正常,，但差分信號波形應答位電平偏高較多,，如圖4所示，從CANScope的波形圖中可以清楚的看到ACK電平突增,。
圖4 CAN數(shù)椐幀波形分析
CAN總線通信存在異常,，ACK應答有問題？——NO
分析如下：
首先,，我們看一款CAN收發(fā)器的典型內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖,，CANH、CANL連接總線,。
圖5 CAN收發(fā)器的典型內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖
總線顯性時（邏輯為0）,，收發(fā)器內(nèi)部Q1、Q2導通,，CANH,、CANL之間產(chǎn)生壓差；隱性時（邏輯為1）,，Q1,、Q2截止,，CANH、CANL處于無源狀態(tài),，壓差為0,。
按照標準，在總線輸出為顯性時,，CANH=3.5V,，CANL=1.5V，差分分電平：CANH-CANL=2V,，總線網(wǎng)絡電阻為60歐,，流經(jīng)終端電阻的電流約為33mA(2V/60歐)；
然而,，CAN收發(fā)器在輸出顯性時,，CANH電平并不是標準的3.5V，而是5V(VCC)通過一個二極管降壓得到的,，二極管的壓降由負載電流決定,。圖6所示的VDH為CANH對應的二極管壓降，VDL為CANL對于的二極管壓降,，流過的電流越大,，二極管的壓降就越大?？芍?/p>
CANH的電壓=5V-VDH CANL的電壓=0V+VDL
圖6 CAN收發(fā)器等效結(jié)構(gòu)
在CAN總線網(wǎng)絡中,，當一幀報文被各個節(jié)點接收時，在ACK階段,，多個CAN節(jié)點同時響應（都發(fā)顯性）,，流過終端電阻的電流被各個CAN節(jié)點均分，那么平均到每個節(jié)點的電流就減小了,，如下圖所示,，VDH、VDL的壓降也減小,，相應CANH-CANL的差分電壓就增大了,，即ACK應答電平偏高。
圖7 CAN網(wǎng)絡等效結(jié)構(gòu)
三,、ACK的意義
當CAN總線上只有一個節(jié)點可收發(fā)數(shù)據(jù)時,，總線上因無接收節(jié)點在ACK SLOT時間內(nèi) 發(fā)送“顯性”位填充，而始終保持隱性,，發(fā)送者會檢測到這個隱性位而知道發(fā)送失敗,，此條報文需要重發(fā)。因此這個節(jié)點會一直重發(fā)數(shù)據(jù)直到發(fā)送成功或發(fā)送被取消。
當總線上有多個CAN節(jié)點組網(wǎng)通信時,，由于總線電平線與的原理，只要總線上有一個節(jié)點正確接收到數(shù)據(jù),，則ACK SLOT就會被填入顯性電平(此時認為數(shù)據(jù)幀發(fā)送成功), 那么,，接收錯誤的節(jié)點如何來告知發(fā)送者此次發(fā)送不成功呢？這就要用到CAN的錯誤幀,，當一個接收節(jié)點收到錯誤數(shù)據(jù)時,，它立即廣播發(fā)送一個錯誤幀，其它的節(jié)點和發(fā)送者也都會收到這個錯誤幀而丟掉此次報文,，發(fā)送節(jié)點重新發(fā)送,，這才是ACK的意義。