在CAN-bus電路設(shè)計(jì)中,，理論上收發(fā)器支持節(jié)點(diǎn)數(shù)最多可做到110個,，但實(shí)際應(yīng)用中往往達(dá)不到這個數(shù)量,。這里我們談?wù)勅绾瓮ㄟ^合理的CAN-bus總線設(shè)計(jì),，保證CAN網(wǎng)絡(luò)中的通訊的可靠性和節(jié)點(diǎn)數(shù)量。
1.影響CAN總線節(jié)點(diǎn)數(shù)的因素
影響總線節(jié)點(diǎn)數(shù)的因素有多種,，本文我們從滿足接收節(jié)點(diǎn)的差分電壓幅值方面來討論，只有滿足了這個前提條件,，我們才能考慮總線的其他因素如寄生電容,、寄生電感對信號的影響。
1)發(fā)送節(jié)點(diǎn)的CAN接口負(fù)載
為何考慮CAN接口負(fù)載,？
CAN接口負(fù)載即為CANH,、CANL之間的有效電阻值大小，該電阻會影響發(fā)送節(jié)點(diǎn)輸出的差分電壓的幅值,，組網(wǎng)后網(wǎng)絡(luò)中各個節(jié)點(diǎn)的負(fù)載電阻 RL接近,，如圖 1我們測試了CTM1051M小體積CAN隔離模塊在不同負(fù)載下的輸出差分電壓幅值。
圖 1 不同負(fù)載下的差分電壓
在負(fù)載電阻由45Ω不斷增大到66Ω時,，節(jié)點(diǎn)的輸出差分電壓也隨著由1.84V增大到2.16V,，兩者近似線性關(guān)系,。為了使發(fā)送節(jié)點(diǎn)的輸出差分電壓不至于過低，實(shí)際組網(wǎng)時負(fù)載電阻應(yīng)在圖 1測試的范圍內(nèi)波動,。我們分析RL的組成有3個：終端電阻,、總線節(jié)點(diǎn)的差分輸入電阻、總線本身的有效電阻,。
終端電阻：總線兩端均需要增加終端電阻,，當(dāng)總線距離長時，總線有效電阻大,，損耗大,，可以適當(dāng)增加終端電阻值以減小總線有效電阻的損耗，如150Ω~300Ω,。
差分輸入電阻：ISO 11898中規(guī)定的收發(fā)器差分輸入電阻范圍為10kΩ~100kΩ之間,，CTM1051M系列收發(fā)器的差分輸入電阻為19kΩ~52kΩ，其典型值為30 kΩ,，如果我們以最多節(jié)點(diǎn)組網(wǎng),，按典型值考慮，則整個總線的差分輸入電阻會達(dá)到30 kΩ/110=273Ω,，與終端電阻并聯(lián)時會顯著增加節(jié)點(diǎn)的負(fù)載,。
總線有效電阻：使用較小截面積的雙絞線，其有效電阻達(dá)到幾十歐姆,，長距離通信,，總線對差分信號的影響會很大，如常用的RVS非屏蔽雙絞線的電阻從8.0Ω/km到39.0Ω/km不等,。嚴(yán)重時會使接收點(diǎn)的電平達(dá)不到識別范圍,。
差分電壓除負(fù)載電阻的影響外，還會受到供電電壓的影響,，如圖 2我們測試了CTM1051M模塊在不同電壓,，不同負(fù)載下的差分電壓幅值，可以看到電源電壓升高0.5V,，差分電壓幅值會升高約0.3V,。
圖 2 不同供電電壓下的差分電壓
2)接收節(jié)點(diǎn)的識別電平
接收節(jié)點(diǎn)有一定的電平識別范圍，CTM1051M的CAN接口典型參數(shù)如表 1所示,。節(jié)點(diǎn)輸入顯性電平應(yīng)大于0.9V,。ISO 11898中，總線上的任意點(diǎn)的最小電平應(yīng)大于1.2V,，組網(wǎng)時我們應(yīng)使差分電壓大于此值,。
表 1 CAN接口典型參數(shù)
2.實(shí)際組網(wǎng)分析
目前收發(fā)器的最大組網(wǎng)節(jié)點(diǎn)數(shù)為110個，組網(wǎng)時我們考慮以上的電阻參數(shù),，確?？偩€上的差分電壓在合理的范圍內(nèi)即可,。
圖 3為CTM1051M推薦的組網(wǎng)拓?fù)洌覀円紤]總線電阻,，終端電阻,，發(fā)送點(diǎn)，接收點(diǎn)電壓參數(shù),。畫出其等效電路如圖 4所示,。
圖 3 CTM1051M推薦組網(wǎng)
圖 4 CTM1051M組網(wǎng)等效電路
根據(jù)等效電路，我們可以調(diào)整的參數(shù)有終端電阻RT,、發(fā)送節(jié)點(diǎn)電壓VOUT,、總線有效電阻RW。
圖 4中,，各節(jié)點(diǎn)的RW,、RIN難以準(zhǔn)確確定，組網(wǎng)時以公式計(jì)算較為繁瑣,，簡便的方法便是測量總線兩端的節(jié)點(diǎn)電壓,。如網(wǎng)絡(luò)的總線電阻過大時，節(jié)點(diǎn)1到節(jié)點(diǎn)n總線對信號的損耗會很大,，當(dāng)節(jié)點(diǎn)n接收的差分電壓低于1.2V時,，需要增大終端電阻。
在使用浪涌抑制器的場合,，比如在圖 4的節(jié)點(diǎn)1和節(jié)點(diǎn)2之間增加SP00S12信號浪涌抑制器,，其直流等效電阻為9.5Ω，可以將其等效為總線的有效電阻,，當(dāng)節(jié)點(diǎn)1收到的電壓過低時可通過減小總線有效電阻,，提高節(jié)點(diǎn)1處的終端電阻來彌補(bǔ)浪涌抑制器帶來的損耗。
3.總結(jié)
無論總線網(wǎng)絡(luò)長短,，網(wǎng)絡(luò)兩端都需要加終端電阻,；
通訊距離長時，適當(dāng)增加終端電阻值,，減少總線電阻對信號的衰減,，如150Ω~300Ω；
有強(qiáng)烈干擾的場合使用屏蔽雙絞線,，屏蔽層單點(diǎn)接大地；
收發(fā)器CAN接口輸出的差分電平會隨著供電電壓的變化而變化,，應(yīng)確保供電電壓在手冊規(guī)定范圍內(nèi),。
4.新一代高可靠性CAN-bus隔離收發(fā)器模塊
在戶外或其他復(fù)雜的工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境，除了要使用CAN總線隔離收發(fā)器進(jìn)行信號隔離傳輸,，還需要考慮如何避免雷擊,、浪涌,、過壓等有害信號對信號傳輸系統(tǒng)的影響。針對這類惡劣的應(yīng)用環(huán)境,，致遠(yuǎn)電子推出新一代高防護(hù)等級隔離CAN收發(fā)器CTM1051HP,，在普通的隔離收發(fā)器基礎(chǔ)上集合了總線保護(hù)器的功能，可有效避免雷擊,、浪涌,、過壓對CAN總線產(chǎn)生的影響，大大加強(qiáng)總線的可靠性,。且CTM1051HP與常規(guī)CAN隔離收發(fā)器相比體積不變,，可廣泛應(yīng)用于各類高體積要求或緊湊型產(chǎn)品中，亦可作為現(xiàn)有CAN隔離收發(fā)電路的優(yōu)化方案,。
