無論是CAN總線還是485總線,，實際應用中經(jīng)常會出現(xiàn)各種異常，常因總線組網(wǎng)后,，波形邊沿出現(xiàn)過緩,、呈“鐮刀”狀的現(xiàn)象，導致數(shù)據(jù)丟失或出錯,，那么這現(xiàn)象前因后果大家是否真正的了解呢,？

　　案例一

　　1. CAN總線異常現(xiàn)象

　　我司某工業(yè)機器人客戶反饋,，使用SM1500的機器人控制板卡,，在傳輸數(shù)據(jù)過程中出現(xiàn)丟幀的情況，如下圖1,，客戶現(xiàn)場模擬的組網(wǎng)方式為31個節(jié)點的手拉手拓撲,，通訊波特率為250kbps。

　　圖1 現(xiàn)場組網(wǎng)環(huán)境

　　若總線收發(fā)器在使用過程中出現(xiàn)異常,，一般會先從總線波形著手去分析原因,。如圖2，為客戶組網(wǎng)的簡要框圖，我司使用CAN分析儀抓取了第31個節(jié)點處總線波形,，發(fā)現(xiàn)波形邊沿過緩,，出現(xiàn)了“鐮刀”狀的現(xiàn)象，如下圖3,。

　　圖2 控制板卡組網(wǎng)簡要框圖

　　圖3 CAN總線“鐮刀”波形

　　總線波形出現(xiàn)“鐮刀”狀的現(xiàn)象通常是由于總線上存在過大電容起的,，根據(jù)電容的充放電時間公式可知t=RC，其中R可看成總線接口內阻與終端電阻,，C則是總線上的等效電容,。

　　如圖4,，總線等效電容Cj包括總線引腳對地電容Cj1與總線之間的電容Cj2,，當總線電平由高變低時（壓差變化）,，由于電容上的電壓不能突變，那么電容Cj會分別通過內阻R內和終端電阻R終端放電,。收發(fā)器內阻和終端電阻一般固定,，當電容過大時，則放電時間變長,，從而導致了總線波形邊沿變緩,。

　　圖4 總線等效電容放電原理框圖

　　2. CAN接口電路原理與異常分析

　　SM1500 CAN接口電容一般只有幾皮法，即使31個節(jié)點組網(wǎng)最多也不過上百皮法,，配合終端電阻使用一般不會出現(xiàn)“鐮刀”狀波形,。我司在檢查客戶CAN接口電路后發(fā)現(xiàn)存在TVS管、氣體放電管等保護器件,，如下圖5,。TVS管本身存在較大的結電容，一般在幾百到上千皮法,，當總線組網(wǎng)后結電容會累計增加,，高速通訊的時候總線就有可能出現(xiàn)“鐮刀”狀波形。

　　圖5 控制板卡CAN接口保護電路

　　將總線接口保護電路的TVS3和TVS4去掉后組網(wǎng),，并測試第31個節(jié)點處波形發(fā)現(xiàn)仍呈“鐮刀”狀,，但波形邊沿遲緩程度減小，如圖6,，同時也沒有再出現(xiàn)丟幀情況,。最后再去掉TVS2后測試，“鐮刀”狀波形消失,，如圖7,。對比去掉TVS管前后波形，邊沿時間由1.3us減小至160ns,，如圖8,。

　　圖6 去掉部分TVS管后總線波形

　　圖7 去掉全部TVS管后總線波形

　　圖8 去掉TVS管前后波形邊沿時間對比

　　SM系列全隔離CAN收發(fā)芯片

　　案例二

　　1. 485總線異常現(xiàn)象

　　我司某燈光設備客戶反饋,，使用SM4500的燈光具設備以手拉手方式組網(wǎng)后,，在進行程序燒寫時，出現(xiàn)了部分設備無法燒錄程序的情況,，組網(wǎng)簡要框圖如圖9所示,。

　　圖9 燈具設備組網(wǎng)簡要框圖

　　通訊波特率為250kbps，如圖10為10臺燈具設備組網(wǎng)后總線波形,，從波形看,，和案例一相似，也呈“鐮刀”狀,。

　　圖10 485總線“鐮刀”波形

　　2. 485總線接口電路原理與異常分析

　　設備接口原理如圖11,，客戶在A、B線外加了1nF的電容C3,、C4,，當多個設備組網(wǎng)后，總線上電容必然會隨著節(jié)點數(shù)的增多而增大,，不僅起不到消除干擾作用,，反而導致了波形失真。

　　圖11 燈具設備485接口保護電路

　　為了確認是否是總線外接電容的影響,，我司用13臺去掉了電容的設備組網(wǎng),，并測試第13節(jié)點處波形，總線“鐮刀”狀波形消失,，如圖12左圖,，但波形存在尖峰，我司判斷這由于信號反射導致,，給第13臺設備端接入120Ω終端電阻后,，尖峰消失，如圖12右圖,。

　　圖12 接入終端電阻前后波形對比

　　SM系列全隔離RS-485收發(fā)芯片

　　應用推薦

　　經(jīng)過上述案例分析,，可以知道，不管是CAN總線還是485總線,，對電容都是非常敏感的,，尤其是在高速通訊的時候。SM1500和SM4500本身就具有良好的EMC防護能力,，裸機狀態(tài)下,，靜電放電抗擾度滿足IEC/EN 61000-4-2Contact ±6KV；脈沖群抗擾度滿足IEC/EN 61000-4-4 ±2KV,；雷擊浪涌抗擾度滿足IEC/EN 61000-4-5 共?！?KV,。

　　實際應用中，適當?shù)谋Ｗo還是需要的,，當需要增加防護器件時,，需特別關注寄生電容的影響，盡可能選小電容器件,。如圖13,，為我司推薦的常用接口防護電路，該電路寄生電容可控制在十幾皮法左右,，不僅滿足高速通訊的需求,，同時浪涌防護能力可達到IEC/EN 61000-4-5共模？±4KV,，差模,？±2kV的要求，如表1,，給出了一組推薦的器件參數(shù),，參數(shù)值僅做參考，用戶需根據(jù)實際情況來確定適當?shù)闹怠?/p>

　　圖13 總線常用接口保護電路

　　如何有效避免鐮刀波形再發(fā)生

　　1. 避免在總線上直接接入電容,，若一定要接入,，則必須考慮好通訊波特率的限制，以及組網(wǎng)后電容總和是否會影響通訊,。

　　2. 避免因增加保護電路器件間接引入過大電容,。在應用環(huán)境良好情況下，可少接或不接保護器件,；環(huán)境惡劣則必須接保護器件,，但應當選用寄生電容小的器件和電路方案；同一總線不一定每個節(jié)點都需要接保護器件,，應當根據(jù)環(huán)境惡劣情況,、節(jié)點總數(shù)、波特率等因素選擇,。

　　3.避免選用劣質的通訊線,，應當選用寄生電容小、內阻低的屏蔽雙絞線,。

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