Can h can l что это: Шина CAN в автомобиле | Автомобильный справочник

могут быть подвержены сбоям в цепи, например:

• Замыкание линий CAN-L или CAN-H на B-, B + или друг с другом;
• Обрыв цепи в линиях CAN-L и CAN-H, оконечные резисторы или соединения;
• Помехи от раскрученных линий CAN или ухудшение их экранирования, которые могут возникнуть в результате предыдущего ремонта, использования прокалывающих зондов, истирания или общего износа; и
• Помехи от других компонентов с электрическими шумами.

Аналогичным образом подключенные блоки управления могут быть подвержены неисправностям с их:

• Цепи питания или заземления;
• CAN контроллеры и трансиверы; или
• Программное обеспечение, которое может возникнуть в результате повреждения памяти, неправильного программирования или ошибок кодирования.

— AVI OnDemand

Почти каждый блок управления на современных автомобилях использует ту или иную форму CAN-шины для целей связи. Некоторые сообщения необходимо отправлять быстрее, чем другие сообщения.Это достигается за счет использования приоритета, закодированного в сообщении, а также различных скоростей связи.

Компоненты шины CAN и выходной сигнал

Шина CAN состоит из двух проводов, CAN-H (CAN High) и CAN-L (CAN Low), которые подключаются ко всем устройствам в своей сети. Сигналы на двух линиях CAN имеют одинаковую последовательность данных, но их амплитуды прямо противоположны. Линия CAN-H читает от 2,5 В до 3,75 В (максимально допустимое напряжение 5 В), соответствующий импульс на линии CAN-L идет от 2.От 5 В до 1,25 В (максимально допустимое напряжение 0 В). Отправляя данные равными и противоположными потоками, это позволяет увеличить количество шума или помех и снизить вероятность повреждения данных.

Компоненты шины CAN

Данные передаются по шине CAN в виде последовательности нулей («0») или единиц («1») (базовое двоичное шифрование) от микропроцессора, встроенного в блок управления / устройство (также известного как узел CAN). . Клемма шины данных CAN представляет собой резистор (R), обычно 120 Ом.Это предотвращает отражение отправленных данных на концах и возврат в виде эхо-сигнала по отведениям. (Два резистора на 60 Ом проходят через точки подключения CAN Hi и CAN low.) Линия шины CAN используется для подачи, отправки, приема, проверки и передачи любых данных, которые УЗЛЫ пытаются передать.

Существует два разных стандарта ISO для систем CAN. (ISO означает «Международная организация по стандартизации», компьютерная терминология, используемая во всем мире.) ISO 11898-3 — это низкоскоростной CAN до 125 кбит / с, а ISO 11898-2 — высокоскоростной CAN до 1 Мбит / с. .Системы CAN дополнительно делятся на два формата по скорости или типу передаваемого сообщения. Эти два стандарта различаются по длине сообщений последовательности идентификаторов (ID): Стандартный CAN (версия 2.0A) использует 11-битный идентификатор в поле арбитража. Расширенная CAN (версия 2.0B) поддерживает длину идентификатора в 29 бит, состоящую из 11-битного идентификатора (базовый идентификатор) и 18-битного расширения.

Процесс передачи данных по шине CAN

Конечно, вся эта обработка и передача информации осуществляется путем изменения последовательности напряжений на витой паре.Поскольку у вас не может быть отрицательного значения тока, Bosch устанавливает базовое напряжение, разделяющее верхнюю и нижнюю шины CAN, между типичным опорным сигналом 5 вольт. 2,5 вольта работали хорошо и остаются неизменными с тех пор, как г-н Бош собрал эту систему. Поскольку номинальное напряжение или напряжение покоя цепи CAN составляет 2,5 В, очень легко создать более низкое и более высокое значение, просто добавляя или вычитая напряжения на высоких и низких цепях CAN.

Узел CAN (или модуль) предоставляет данные контроллеру CAN для передачи.Узел получает данные от контроллера CAN, преобразует их в электрические сигналы и отправляет обратно в сеть. Все остальные CAN-узлы в сети получают каждое сообщение. Однако каждое сообщение может не относиться к этому конкретному модулю. Каждый узел CAN проверяет входящие данные на предмет того, следует ли им знать об этом конкретном сообщении. Если данные важны, он обработает эту информацию. В противном случае данные игнорируются и переходят к следующему модулю.

Структура сообщения данных шины CAN

Чтобы не слишком увлекаться компьютерным языком, я попытаюсь разбить структуру сообщения о том, как все это работает, на более простой метод.

Обычно все сообщения состоят из единиц и нулей, а идентификаторы сообщений имеют две разные длины (11 и 29 символов). Каждое сообщение начинается с доминирующего бита (компьютерный разговор для идентифицирующего его сигнала напряжения) на самом деле, по линиям CAN отправляются два противоположных идентификатора напряжения (CAN-H и CAN-L).Если на проводе CAN-H 3,75 В, то на линии CAN-L будет противоположное напряжение, которое составит 1,25 В.

Следующая последовательность единиц и нулей является протоколом приоритета сообщения. Это очень важно, когда речь идет о самом сообщении. Сообщение или информация с более высоким приоритетом должны быть доставлены по назначению раньше любого сообщения с более низким приоритетом. Вы бы не хотели, чтобы запрос на увеличение дроссельной заслонки ждал замены вентиляционного отверстия кондиционера, не так ли?

Далее идет серия битов, которые проверяют фактическое сообщение.Это поле информации позволяет любому получателю проверить, получил ли он всю переданную ему информацию. Затем фактические данные передаются в различные узлы CAN. Но, чтобы дважды проверить двойную проверку, посылается еще одна серия компьютерных сигналов, называемых CRC. Циклическая проверка избыточности, также известная как поле безопасности, проверяет сообщение на наличие ошибок передачи. Далее идет «поле подтверждения», также известное как поле подтверждения. В этом поле приемники сигнализируют передатчику, что они правильно приняли протокол данных.Если была обнаружена ошибка, приемники немедленно уведомляют об этом передатчик. Затем передатчик снова отправляет протокол данных. Наконец, «Конец поля». Это поле отмечает конец сообщения протокола данных.
Другими словами, если вам интересно, для чего нужны все эти повышающие и понижающие напряжения в группе, когда вы смотрите на линию шины CAN на осциллографе… вот что вы видите. Фактические биты информации в поле напряжения за промежуток времени, которые описывают фактическое сообщение в электрических терминах.

Сводка

На линиях CAN нет главного процессора, который контролирует, когда отдельный узел CAN будет читать или записывать данные в шину CAN. Когда узел CAN готов к передаче данных, он проверяет, занята ли шина, а затем просто записывает сообщение в сеть. По сути, каждый на линии CAN может и будет отправлять информацию по мере необходимости. Разница в том, кто и какие сообщения попадает в пункт назначения, заключается в сигналах идентификатора.Каждое устройство на линии CAN получает каждое переданное сообщение, но они распознают сообщение только со своей конкретной последовательностью идентификаторов. Любое другое сообщение просто передается в строке.

Если несколько узлов CAN пытаются передать сообщение на шину CAN одновременно, узел с наивысшим приоритетом (наименьшим идентификатором арбитража) автоматически получает бесплатный билет до места назначения. Информация с более низким приоритетом должна дождаться, пока шина станет доступной, прежде чем пытаться передать снова.

Гипотетическая демонстрация

Давайте гипотетически посмотрим на показания температуры охлаждающей жидкости. Пока температура охлаждающей жидкости находится в пределах спецификаций, переданный сигнал считается низкоприоритетным. Однако, если температура охлаждающей жидкости поднимется до опасной зоны, идентификатор сигналов изменится, и теперь важность этой информации увеличится. По мере возрастания опасности увеличивается и идентификатор. Теперь, скажем, например, при определенной температуре система предназначена для отключения автомобиля (или перехода в аварийный режим), чтобы предотвратить дальнейшее повреждение двигателя.Этот приоритет будет значительно увеличен, и сигнал идентификатора теперь начнет запрашивать изменения в работе двигателя.

Тестирование и оценка

Использование вашего прицела — лучший из известных мне методов для наблюдения за сигналами CAN. При таком низком напряжении CAN не требуется много времени, чтобы подтянуть линию CAN к 0 вольт. Легкое царапание провода или неплотное соединение на контроллере может сильно повлиять на всю систему CAN. Использование прицела с отрывной коробкой DLC даст вам наилучшие результаты, хотя разъемы для обратного зондирования по-прежнему полезны, отрывная коробка просто значительно упрощает выполнение соединений.

Проверка напряжения

Когда сетевое соединение не используется, напряжения CAN-H и CAN-L составляют приблизительно 2,5 вольт. (Нет активности) Неисправные трансиверы могут вызвать изменение этого напряжения холостого хода и нарушить дальнейшую сетевую связь. Чтобы проверить наличие неисправных трансиверов, остановите всю сетевую связь, насколько это возможно. Измерьте напряжение постоянного тока между CAN-H и массой. Измерьте напряжение постоянного тока между CAN-L и массой.

Обычно напряжение должно быть в пределах 2.0 В и 4,0 В. Если оно ниже 2,0 В или выше 4,0 В, возможно, один или несколько узлов имеют неисправные приемопередатчики. Если напряжение ниже 2,0 В, проверьте провода CAN-H и CAN-L на целостность. Для более высокого или низкого напряжения (включая показание напряжения 0) проверьте сигнал с подключенным лабораторным осциллографом и начните с отключения одного модуля за раз. Более высокое напряжение, например 5 В, может указывать на потерю оконечного резистора. Эта потеря (более высокого напряжения) также может вызвать затемнение на цифровом дисплее, отсутствие запуска или даже отключение датчиков комбинации приборов.

Проверка заземления и экрана

Измерение проводов CAN-H и CAN-L на землю должно показать сопротивление между 1 МОм и 4 МОм или выше. Если оно ниже этого диапазона, вероятно, неисправен CAN-трансивер. Экран сети CAN должен быть заземлен только в одном месте. На некоторых автомобилях вокруг проводов CAN есть алюминиевый экран. Возможно, поврежден экранированный корпус заземления. Чтобы проверить заземление экрана, найдите заземление и временно удалите его.Измерьте сопротивление между экраном и землей. Сопротивление должно быть выше 1 МОм. Если он ниже, проверьте возможные участки заземления на экранированном проводе.

Проверка согласующего резистора

Согласующие резисторы используются для согласования импеданса узла с импедансом используемой линии передачи. Когда импеданс не согласован, передаваемый сигнал не полностью поглощается нагрузкой, и его часть отражается обратно в линию передачи.Если источник, линия передачи и полное сопротивление нагрузки равны, эти сигналы отражения устраняются.

Для проверки сопротивления пары проводов CAN и подключенных оконечных резисторов сначала отключите все источники питания узлов CAN. Измерьте сопротивление CAN-H и CAN-L в различных точках (в середине и на обоих концах проводов). Измеренное значение должно составлять от 50 до 70 Ом (60 — точное измерение, но некоторые автомобили могут незначительно отличаться). Если значение сопротивления ниже 50 Ом, проверьте, нет ли замыкания на массу.Если значение сопротивления выше 70 Ом, проверьте, нет ли обрыва в проводах CAN-H или CAN-l. Имейте в виду, что в модуль некоторых автомобилей встроены согласующие резисторы. Таким образом, вы не найдете настоящего «резистора» в конце CAN-линии.

Имейте в виду, что CAN-H и CAN-L используют два резистора на 120 Ом, включенных параллельно между собой. Если вы помните свои базовые занятия по электрике, чтобы найти значение общего сопротивления в параллельной цепи — R total = 1 / R1 + 1 / R2 + 1 / R3, в данном случае оно составляет 60 Ом.Использование двух резисторов таким образом позволяет пропускать больший объем данных через резисторы. Если бы был только один резистор, эффект был бы подобен дамбе, поддерживающей поток воды. При параллельном подключении двух резисторов это позволяет току течь по двум путям.

Автор — Скотт «Гонзо» Уивер

Введение в CAN (сеть контроллеров)

В этой статье представлена ​​шина последовательной связи сети контроллеров (CAN), подробно описаны кадры сообщений, арбитраж шины и сигнализация.

Дополнительная информация

Что такое CAN?

Controller Area Network (CAN) — это шина последовательной связи, разработанная для надежной и гибкой работы в суровых условиях, особенно для промышленных и автомобильных приложений.

Первоначально изобретенный Bosch, а затем кодифицированный в стандарте ISO11898-1, CAN определяет канал передачи данных и физический уровень модели взаимодействия открытых систем (OSI), обеспечивая низкоуровневое сетевое решение для высокоскоростной связи в автомобиле.В частности, CAN была разработана для уменьшения количества проводов, поэтому отдельные электронные блоки управления (ЭБУ) внутри транспортного средства могли взаимодействовать только с помощью одной пары проводов. На рисунке 1 показаны ЭБУ в автомобиле, подключенные к шине CAN.

Бортовая диагностика (OBD) — это система диагностики и отчетности вашего автомобиля, которая позволяет вам или техническому специалисту устранять проблемы с помощью диагностических кодов неисправностей (DTC).Когда загорается индикатор «проверьте двигатель», технический специалист часто использует портативное устройство для считывания кодов двигателя с автомобиля. На самом низком уровне эти данные передаются по сигнальному протоколу, которым в большинстве случаев является CAN.

DeviceNet — это сетевой протокол высокого уровня, используемый в промышленных приложениях. Это значительно сокращает количество проводов, необходимых между системой управления и устройствами ввода-вывода. Вместо того, чтобы подключать каждое устройство к отдельному вводу / выводу на модулях ввода / вывода ПЛК, устройства можно соединить вместе через четырехпроводной соединитель и подключить к сетевому сканеру на ПЛК.На самом нижнем уровне мы обнаруживаем, что CAN работает в рамках протокола DeviceNet. На рисунке 2 показан ПЛК, сканирующий сеть промышленных устройств, обменивающихся данными через DeviceNet.

Фреймы сообщений CAN

Так как же на самом деле выглядит сообщение CAN? В исходном стандарте ISO было изложено то, что называется Standard CAN.Стандартный CAN использует 11-битный идентификатор для различных сообщений, что в сумме составляет 2 ¹¹ , то есть 2048 различных идентификаторов сообщений. Позднее CAN был модифицирован; идентификатор был расширен до 29 бит, давая 2 ²⁹ идентификаторов. Это называется расширенной CAN. CAN использует шину с несколькими мастерами, по которой все сообщения транслируются по всей сети. Идентификаторы обеспечивают приоритет сообщения для арбитража.

CAN использует дифференциальный сигнал с двумя логическими состояниями, называемыми рецессивным и доминантным.Рецессивный означает, что дифференциальное напряжение меньше минимального порогового напряжения. Доминантный означает, что дифференциальное напряжение больше этого минимального порога. Интересно, что доминирующее состояние достигается за счет подачи логического «0» на шину, в то время как рецессивное состояние достигается за счет логической «1». Это инвертировано от традиционных высоких и низких значений, используемых в большинстве систем. Эти два состояния будут подробно описаны позже в статье. Важно то, что во время арбитража доминирующее государство отменяет рецессивное.

Стандартный CAN

Стандартный кадр сообщения CAN состоит из нескольких битовых полей. Они показаны на Рисунке 3.

Первый бит — это начало кадра (SOF). Этот доминирующий бит представляет начало сообщения CAN. Далее идет 11-битный идентификатор, который устанавливает приоритет сообщения CAN. Чем меньше идентификатор, тем выше приоритет сообщения.

Бит запроса удаленной передачи (RTR) обычно является доминирующим, но он становится рецессивным, когда один узел запрашивает данные у другого. Бит расширения идентификатора (IDE) является доминирующим, когда отправляется стандартный кадр CAN, а не расширенный. Бит r0 зарезервирован и в настоящее время не используется. Полубайт кода длины данных (DLC) показывает, сколько байтов данных находится в этом сообщении.

Далее идут сами данные, количество байтов которых равно количеству битов DLC. Циклический контроль избыточности (CRC) — это 16-битная контрольная сумма для обнаружения ошибок в передаваемых данных.Если сообщение принято правильно, принимающий узел перезаписывает рецессивный бит подтверждения (ACK) доминирующим битом. ACK также содержит бит-разделитель для синхронизации. Конец кадра (EOF) означает конец сообщения CAN и имеет ширину 7 бит для обнаружения ошибок вставки битов. Последняя часть сообщения CAN — это межкадровое пространство (IFS), используемое в качестве временной задержки. Эта временная задержка — это именно то время, которое требуется контроллеру CAN для перемещения полученного сообщения в буфер для дальнейшей обработки.

Расширенная CAN

Extended CAN использует 29-битный идентификатор вместе с несколькими дополнительными битами. Расширенное сообщение имеет заменяющий бит удаленного запроса (SRR) после 11-битного идентификатора, который действует как заполнитель, чтобы сохранить ту же структуру, что и стандартная CAN. На этот раз расширение идентификатора (IDE) должно быть рецессивным, указывая, что за ним следует расширенный идентификатор. Бит RTR находится после 18-битного идентификатора и сопровождается вторым резервным битом r1. Остальная часть сообщения остается прежней.

Типы сообщений CAN

Теперь, когда вы знаете, как выглядит сообщение CAN, вам может быть интересно, какие типы сообщений передаются по шине. CAN допускает четыре различных типа сообщений. Это фрейм данных, удаленный фрейм, фрейм перегрузки и фрейм ошибки.

Стандартный кадр данных CAN использует идентификатор, данные и код длины данных, циклический контроль избыточности и биты подтверждения.В кадрах данных преобладают биты RTR и IDE. Если рецессивный бит подтверждения на принимающей стороне перезаписывается доминирующим битом, и передатчик, и приемник распознают это как успешную передачу.

Удаленный кадр CAN похож на кадр данных за исключением того факта, что он не содержит никаких данных. Он отправляется с битом RTR в рецессивном состоянии; это указывает на то, что это удаленный фрейм. Удаленные кадры используются для запроса данных от узла.

Когда узел обнаруживает ошибку в сообщении на шине CAN, он передает кадр ошибки.Это приводит к тому, что все остальные узлы отправляют фрейм ошибки. После этого узел, на котором произошла ошибка, повторно передает сообщение. Кадр перегрузки работает аналогично, но используется, когда узел получает кадры быстрее, чем он может их обработать. Этот кадр обеспечивает временной буфер, чтобы узел мог наверстать упущенное.

Автобусный арбитраж и сигнализация

CAN — это протокол CSMA / CD, что означает, что каждый узел на шине может обнаруживать коллизии и отключаться в течение определенного времени перед попыткой повторной передачи.Это обнаружение коллизий достигается посредством арбитража приоритета на основе идентификаторов сообщений. Прежде чем обсуждать арбитраж, давайте подробнее рассмотрим доминантные и рецессивные биты, используемые на шине CAN.

Инвертированная логика

Интересным аспектом CAN-шины является то, что она использует инвертированную форму логики с двумя состояниями, доминантным и рецессивным. На рисунке 5 ниже показана упрощенная версия выхода и входа трансивера CAN. Битовый поток «101» поступает от CAN-контроллера и / или микроконтроллера.Обратите внимание, что когда контроллер отправляет поток битов, они дополняются и помещаются в строку CANH. Линия CANL всегда является дополнением CANH. Для работы арбитража устройство CAN должно отслеживать как то, что оно отправляет, так и то, что в данный момент находится на шине, то есть то, что оно принимает.

На рис. 6 одновременно показаны сигналы CANH и CANL, так что вы можете увидеть шину CAN в действии.Под сигналами шины нанесено дифференциальное напряжение, соответствующее доминирующему и рецессивному состояниям сигналов CAN. Первые три отрезка времени, t1 – t3, нарисованы так, чтобы соответствовать трем битам, показанным выше на рисунке 5. Мы посмотрим на это с точки зрения драйвера вывода. Ввод драйвера изначально видит «1» и дополняет его до нуля, который ставится на CANH. CANL видит дополнение CANH и переходит на высокий уровень. Это показано как t1 на рисунке 6. Обратите внимание, что напряжения CANH и CANL смещены друг от друга.В течение времени t1 CANH — CANL очень близко к нулю, поскольку CANH и CANL имеют почти одинаковое напряжение. Этот период, когда драйвер отправляет логическую «1», что приводит к тому, что CANH и CANL близки к одному и тому же напряжению, мы называем рецессивным состоянием CAN.

Следующий отправленный бит — «0». CANH получает дополнение, а CANL снова получает дополнение CANH. Обратите внимание, что на этот раз напряжения CANH и CANL не близки друг к другу. Следовательно, дифференциальное напряжение (VDIFF) больше. Это доминирующее состояние CAN.Мы говорим, что логика инвертирована, потому что «1» переводит шину в низкий уровень, а «0» — в высокий. Приемник входа работает аналогичным образом.

Приоритетный арбитраж

Как упоминалось ранее, чем меньше 11-битный идентификатор, тем выше приоритет сообщения. Каждый бит, который передает узел, он отслеживает. Таким образом узел определяет, что на шину помещается сообщение с более высоким приоритетом.В тот момент, когда узел отправляет рецессивный бит, но обнаруживает доминирующий бит на шине, он отключается. Это называется неразрушающим арбитражем, потому что сообщение о выигрыше продолжает передаваться без каких-либо проблем. Обратите внимание, что рецессивная логическая «1» проигрывает доминантной логической «0». Это имеет смысл, поскольку меньшее значение идентификатора представляет более высокий приоритет. Чтобы лучше понять, что это означает, взгляните на рисунок 7, на котором показаны три узла на шине CAN, пытающиеся взять на себя управление. Важно помнить, что каждый раз, когда отображается рецессивный бит, контроллер отправляет «1», в то время как доминирующие биты соответствуют отправке «0».

Узлы 1–3 отправляют поток битов. Этот поток битов представляет идентификаторы сообщений и их приоритет. Во-первых, все три узла отправляют «1», который представлен на шине CAN как рецессивный бит. Затем каждый узел отправляет «0» или доминирующий бит. Третий бит, помещенный на шину, — это еще одна «1», или рецессивный бит. На данный момент ни один из узлов не обнаружил конфликта с другим узлом на шине, поэтому они продолжают передачу.

Для четвертого бита узел 1 отправляет «0» или доминирующий бит.Узел 2 передает рецессивный бит, но обнаруживает доминирующий бит на шине. Он немедленно отступает, зная, что в настоящее время отправляется сообщение с более высоким приоритетом. Узел 3 продолжает передачу, поскольку он считывает тот же самый доминирующий бит, который он передал. Когда пятый бит помещается на шину, узел 3 затем распознает, что он имеет более низкий приоритет, и прекращает передачу. И Узел 2, и Узел 3 ждут определенное время перед повторной попыткой. Это показано в правой половине рисунка 7, где арбитраж выигрывает узел 3.Как вы можете видеть, доминирующий бит логического «0», соответствующий более низкому идентификатору сообщения, позволяет иметь место арбитражу.

Заключение

В этой статье представлена ​​сеть контроллеров или CAN. CAN — это надежная шина последовательной связи, которая используется в основном в автомобильной и промышленной среде. CAN использует дифференциальный сигнал, что делает его более устойчивым к шуму, а также схему арбитража приоритетов для неразрушающей передачи сообщений.CAN отлично подходит для встроенных приложений, которые попадают в опасные среды или области с большим количеством электромагнитных помех. Независимо от того, строите ли вы подводную лодку с дистанционным управлением, настраиваете мини-пивоварню с насосами и датчиками или просто взламываете компьютер своего автомобиля, CAN — отличный способ расширить ваши встроенные знания и усилить свой следующий дизайн-проект.

работают от 3,3 В или 5 В и выдерживают отказы ± 60 В.

LTC2875 — это надежный приемопередатчик шины CAN с характеристиками перенапряжения ± 60 В и стойкостью к электростатическому разряду ± 25 кВ для уменьшения отказов, вызванных перенапряжением.Эти трансиверы предоставляют несколько новых возможностей для высоковольтных трансиверов CAN-шины: работа от напряжений питания 3,3 В или 5 В, скорость передачи данных до 4 Мбит / с, диапазон синфазных напряжений ± 36 В, плавно регулируемая скорость нарастания и доступность в корпусах DFN 3 мм × 3 мм.

Шина CAN составляет основу многих автомобильных, коммерческих и промышленных систем передачи данных. Сети CAN-шины используются в широком спектре приложений, включая автомобильную и транспортную электронику, промышленные системы управления, системы диспетчерского управления и сбора данных, автоматизацию и безопасность зданий, управление HVAC и другие индивидуальные сетевые системы.Устойчивость к электрическому перенапряжению является важным атрибутом трансиверов CAN-шины, используемых в этих приложениях, которые рискуют подвергнуться неисправностям в проводке, сбоям напряжения заземления и импульсным перенапряжениям, индуцированным молнией.

Однако доступно несколько CAN-трансиверов, способных работать от источников питания 3,3 В, и до сих пор ни один из них не обеспечивает такое же высокое напряжение и широкий рабочий диапазон синфазного сигнала, как у LTC2875. Многие клиенты запросили надежный приемопередатчик шины CAN с производительностью и расширенными возможностями, требуемыми современными сетевыми приложениями.Приемопередатчик LTC2875 — это ответ компании Linear Technology на эти запросы.

Большинство высоковольтных приемопередатчиков CAN-шины могут работать только от источника питания 5 В, но 5 В редко используется в большинстве современных цифровых схем. Приемопередатчик шины CAN может быть единственным компонентом системы с напряжением питания 5 В. Приемопередатчик шины CAN, устойчивый к высокому напряжению, который работает от источника питания 3,3 В, сокращает время проектирования и затраты, устраняя необходимость в выделенном источнике питания 5 В.

LTC2875 поддерживает совместимость со стандартами шины CAN ISO 11898-2 при работе от 3.Источник питания 3 В, управляющий полным заданным дифференциальным напряжением шины V _OD и поддерживающий те же входные пороговые напряжения приемника. Единственная разница между 3,3 В и 5 В состоит в том, что напряжение синфазной шины снижается до 1,95 В при работе при 3,3 В, что ниже диапазона 2–3 В, указанного в ISO 11898-2. Этот небольшой сдвиг синфазного напряжения попадает в минимальный диапазон синфазного напряжения от -2 В до 7 В, указанный в стандарте (и действительно несущественен для диапазона синфазного напряжения ± 25 В LTC2875 при работе на 3.3 В), позволяя LTC2875 o беспрепятственно взаимодействовать с любыми другими трансиверами, совместимыми с ISO11898-2. LTC2875 полностью совместим с другими трансиверами на той же шине, которые питаются от 5 В при работе от источника 3,3 или 5 В.

Рис. 1. Демонстрационная схема LTC2875 с пакетами DFN и SO на переднем плане

Современные системы шины CAN могут работать со скоростью передачи данных, превышающей возможности существующих приемопередатчиков, устойчивых к высокому напряжению. Например, CAN-трансивер LT1796 компании Linear Technology работает на максимальной скорости 125 кбит / с.LTC2875 обладает такой же устойчивостью к высокому напряжению, что и его предшественник, но может передавать данные в 32 раза быстрее, до 4 Мбит / с.

Не всем системам требуется высокая скорость передачи данных. В приложениях, где достаточно более низкой скорости передачи данных, разработчик системы может предпочесть драйвер шины CAN с управляемыми переходами с низким уровнем электромагнитного излучения (EME). LTC2875 обеспечивает плавную регулировку скорости нарастания примерно в диапазоне 20: 1. Самая низкая скорость нарастания подходит для скоростей передачи данных 200 кбит / с или меньше.Скорость нарастания программируется одним резистором, включенным последовательно с выводом включения микросхемы RS, как показано на рисунке 2.

Рисунок 2. Скорость нарастания и резистор управления нарастанием RSL

Значительные усилия были предприняты для сохранения симметрии переключения передатчика CAN в высокой степени симметричной (или, точнее, антисимметричной) между выходами CANH и CANL, поскольку любая асимметрия между формами сигналов переключения двух выходов приводит к изменению общей режим напряжения. В то время как электромагнитные поля, создаваемые дифференциальным напряжением на витой паре, в значительной степени нейтрализуют и создают небольшую ЭМИ, электромагнитные поля синфазного напряжения в паре складываются и могут создавать значительную ЭМИ, особенно если витая пара неэкранирована.Следовательно, хорошая симметрия коммутации CAN-передатчика приводит к более низкому EME.

LTC2875 предоставляет две функции для уменьшения электромагнитного излучения, вызванного колебаниями синфазного напряжения во время переключения: управление переменной скоростью нарастания и разделенное оконечное сопротивление. Скорость нарастания передатчика может быть запрограммирована одним резистором, подключенным последовательно с разрешающим контактом RS. Уменьшение скорости нарастания снижает высокочастотную составляющую сигналов переключения. Разделенная оконечная нагрузка влечет за собой разделение оконечного резистора на каждом конце шины на два равных последовательных резистора с половиной значения оконечного сопротивления, при этом центральная точка резисторов смещена на постоянное синфазное напряжение, подаваемое через вывод SPLIT и развязывающий конденсатор ( Рисунок 3).Разделенная оконечная нагрузка обеспечивает низкоомную нагрузку для синфазного сигнала при сохранении надлежащей оконечной нагрузки для дифференциальных сигналов. Низкоомная нагрузка синфазного сигнала помогает подавить колебания синфазного напряжения.

Рис. 3. Терминатор с одним резистором (a) и разделенный терминатор (b).

Эффективность разделенной оконечной нагрузки в снижении EME от колебаний синфазного напряжения проиллюстрирована на рисунке 4. На этом рисунке напряжения на клеммах CANH и CANL и синфазное напряжение записаны для LTC2875, передающего со скоростью 1 Мбит / с в течение 10 -метровая неэкранированная витая пара, при V _CC = 3.3 В, максимальная скорость нарастания напряжения и оконечные резисторы 120 Ом, размещенные на каждом конце кабеля.

Рис. 4. Формы сигналов передатчика и графики спектра мощности БПФ синфазного напряжения для разделенных и одиночных оконечных устройств шины на неэкранированной витой паре длиной 10 м; V _CC = 3,3 В, 1 Мбит / с

Спектры мощности БПФ синфазных сигналов напряжения также показаны на рисунке 4. Показаны результаты с использованием оконечной нагрузки с разделением и согласования с одним резистором.Формы сигналов с оконечной нагрузкой с одним резистором показывают большую величину синфазных переходных процессов во время переключения, а также затухающие колебания после перехода от доминирующего к рецессивному. Эти затухающие колебания являются результатом взаимодействия индуктивности линии с линией и емкости приемопередатчика после того, как приемопередатчик переключается в рецессивное состояние с высоким импедансом.

В этом примере синфазное напряжение в рецессивном состоянии с оконечной нагрузкой с одним резистором нагружается только четырьмя входными резисторами 40 кОм двух устройств LTC2875, по одному на каждом конце кабеля, для параллельного сопротивления 10 кОм.Напротив, синфазное напряжение в случае разделенного оконечного устройства также нагружается четырьмя разделенными оконечными резисторами 60 Ом при параллельном сопротивлении 15 Ом, подключенными последовательно с двумя параллельными конденсаторами 4,7 нФ. Спектр мощности БПФ синфазного напряжения имеет меньшую амплитуду в широком диапазоне частот для разделенной нагрузки по сравнению с нагрузкой с одним резистором.

Для передачи с более низкой скоростью передачи данных более низкая скорость нарастания может использоваться для дополнительного уменьшения синфазного EME.На рисунке 5 показаны четыре случая с минимальной и максимальной скоростью нарастания напряжения в сочетании с оконечной нагрузкой с разделенным или одним резистором. Эти измерения были выполнены с той же тестовой конфигурацией, что и показанные на рисунке 4, за исключением того, что скорость передачи данных была снижена до 100 кбит / с, и были записаны формы сигналов как при минимальной, так и максимальной скорости нарастания напряжения.

Рис. 5. Формы сигналов передатчика и графики спектра мощности БПФ синфазного напряжения для четырех комбинаций оконечной нагрузки и скорости нарастания; V _CC = 3.Кабель неэкранированной витой пары 3 В, 100 кбит / с, 10 м

Как и в сигналах 1 Мбит / с на Рисунке 4, использование разделенной нагрузки приводит к значительному снижению синфазного шума во всем частотном спектре при передаче со скоростью 100 кбит / с. При этих более низких скоростях передачи данных дальнейшее уменьшение спектра синфазного шума может быть получено путем установки LTC2875 на минимальную скорость нарастания. В этом примере объединение как разделенной нагрузки, так и минимальной скорости нарастания снижает мощность синфазного шума на 20 дБ или более по большей части записанного спектра по сравнению с нагрузкой с одним резистором в сочетании с максимальной скоростью нарастания.

Другой метод уменьшения электромагнитных помех от синфазных колебаний напряжения — использование синфазного дросселя. Дроссель увеличивает полное сопротивление источника синфазного сигнала и в сочетании с конденсаторами, добавленными между CANH, CANL и GND, образует фильтр нижних частот, который ослабляет высокочастотный шум. Эффективность синфазного дросселя 100 мкГн в сочетании с двумя конденсаторами 33 пФ в снижении синфазного шума показана на рисунке 6. В этом примере V _CC = 3,3 В, использовалась разделенная оконечная нагрузка, длина кабеля витой пары составляла 10 метров. долго и скорость передачи данных составляла 100 кбит / с.

Рис. 6. Формы сигналов передатчика и графики спектра мощности БПФ синфазного напряжения с или без синфазного дросселя

Приемопередатчики LTC2875, работающие от источника питания 3,3 В, могут взаимодействовать с другими трансиверами CAN, работающими от источника питания 5 В на той же шине. Единственное существенное различие между работой при 3,3 В и 5 В заключается в том, что синфазные напряжения составляют ~ 1,95 В и ~ 2,5 В соответственно. Таким образом, общий режим шины колеблется в зависимости от логического состояния шины.

Когда все передатчики находятся в рецессивном состоянии, синфазное напряжение устанавливается до некоторого промежуточного напряжения в зависимости от всех резистивных нагрузок, размещенных на шине, включая входные резисторы приемника и разделенные согласующие резисторы (если они есть). Когда передатчик с питанием от 5 В является доминирующим, он увеличивает синфазное напряжение до 2,5 В. Когда передатчик питается от 3,3 В, он увеличивает синфазное напряжение до 1,95 В. Синфазное напряжение колеблется от 2,5 В до 1,95 В, что приводит к небольшому увеличению EME.

Пример работы со смешанным напряжением показан на рисунке 7. Экспериментальная установка состоит из двух приемопередатчиков LTC2875, каждый из которых подключен к концу 10-метровой витой пары, с использованием разделенной нагрузки. Каждый трансивер поочередно управляет шиной в доминирующем состоянии. Формы сигналов записываются на контакты CANH и CANL приемопередатчика ближней стороны.

Рис. 7. Формы сигналов передатчика и графики спектра мощности БПФ синфазного напряжения для двух передатчиков, питаемых от одинакового и смешанного напряжения питания; Неэкранированная витая пара длиной 10 м, 100 кбит / с, максимальная скорость нарастания выходного сигнала

На графиках, показанных слева, как ближний, так и дальний трансиверы получают питание от 3.Питание 3 В. Напряжение синфазного сигнала остается около 1,95 В с незначительными отклонениями. На графиках справа, для сравнения, ближний трансивер остается запитанным от 3,3 В, а дальний трансивер питается от 5 В. Рецессивное синфазное напряжение устанавливается примерно до 2,23 В, в среднем 2,5 и 1,95 В. Когда приемопередатчик на ближней стороне является доминирующим, синфазное напряжение снижается до 1,95 В, тогда как когда доминирует приемопередатчик на дальней стороне, синфазное напряжение снижается до 2.5В.

Разницу в EME, возникающую в результате колебаний синфазного напряжения, можно увидеть, сравнив спектры мощности БПФ синфазного напряжения, записанные на выводах ближнего приемопередатчика. Увеличение мощности примерно на 8 дБ наблюдается от 0 МГц до 25 МГц для случая смешанного напряжения источника питания, при этом разница спадает выше этой частоты.

Стандартные трансиверы CAN-шины работают в ограниченном диапазоне синфазных напряжений, который простирается от -2 В до + 7 В.В коммерческой или промышленной среде замыкания на землю, шум и другие электрические помехи могут вызывать синфазные напряжения, которые значительно превышают эти пределы. Идеальный трансивер CAN-шины выдержит большие синфазные напряжения и продолжит отправлять и получать данные без сбоев. Соответственно, приемник LTC2875 разработан для работы в расширенном диапазоне синфазных напряжений ± 36 В при работе от источника питания 5 В и ± 25 В при работе от источника питания 3,3 В.

В приемнике используются биполярные дифференциальные входы с малым смещением в сочетании с высокоточными резистивными делителями для поддержания точных пороговых значений приемника в широком диапазоне синфазных напряжений.Датчики работают при абсолютном максимальном напряжении ± 60 В и потребляют или потребляют ток до пределов, установленных их схемами ограничения тока.

LTC2875 обеспечивает защиту при включении и отключении питания без сбоев, что соответствует требованиям горячего подключения (или горячей замены). Эти трансиверы не создают дифференциальных помех на шине, когда они подключены к шине в обесточенном состоянии или при питании, но отключены. Точно так же эти трансиверы не создают дифференциальных помех на шине, когда они включены в отключенном состоянии, когда они уже подключены к шине.Во всех этих случаях выход RXD приемника остается с высоким импедансом (с внутренним подтягивающим резистором 500 кОм), в то время как выходы CANH и CANL остаются в рецессивном состоянии с высоким импедансом.

Если питание трансивера включено во включенном состоянии, микросхема переходит в активное состояние вскоре после того, как напряжение питания проходит через пороговое значение детектора исправности внутреннего питания трансивера. Выход RXD отражает состояние данных шины, когда чип становится активным, в то время как передатчик остается в рецессивном состоянии с высоким импедансом на своих выходах до первого перехода TXD из рецессивного режима в доминирующий после того, как чип станет активным.

Если передатчик находится во включенном состоянии при отключении питания микросхемы, микросхема переходит в неактивное состояние вскоре после того, как напряжение питания проходит через пороговое значение детектора пониженного напряжения внутреннего источника питания приемопередатчика. Если передатчик в это время находится в доминирующем состоянии, выходы плавно переходят в рецессивное состояние. Независимо от того, выдает ли он преобладающее или рецессивное состояние, выход приемника RXD плавно переключается в состояние с высоким импедансом (слабо подтянут через внутренний подтягивающий резистор 500 кОм).

в промышленных установках иногда выполняется путем подсоединения неизолированного скрученного провода к клеммным колодкам с винтовыми зажимами. Устройство, содержащее интерфейс CAN-шины, может содержать цепи с питанием от 24 В переменного / постоянного тока или других напряжений, которые также подключаются с помощью винтовых клемм. Обращение обслуживающего персонала с оголенными проводами и винтовыми клеммами создает риск повреждения от электростатического разряда, в то время как возможность подключения кабелей к неправильным винтовым клеммам создает риск повреждения из-за перенапряжения.Высокое напряжение короткого замыкания и устойчивость к электростатическому разряду делают LTC2875 исключительно устойчивым к повреждениям в результате этих опасностей.

Защита от повреждения ± 60 В в LTC2875 достигается за счет использования высоковольтной интегральной схемы BiCMOS. Естественно высокое напряжение пробоя этой технологии обеспечивает защиту при отключенном питании и в условиях высокого импеданса. Выходы драйвера используют конструкцию с прогрессивным обратным ограничением тока для защиты от перенапряжения, при этом позволяя использовать выход с высоким током.LTC2875 защищен от ошибок ± 60 В даже при разомкнутом заземлении или V _CC в разомкнутом или заземленном состоянии.

LTC2875 защищен от электростатического разряда персонала или оборудования напряжением до ± 25 кВ (HBM) на контакты A, B, Y и Z относительно заземления. Устройства защиты на кристалле начинают проводить при напряжениях выше примерно ± 78 В и безопасно проводят ток разряда к контакту GND. Кроме того, эти устройства выдерживают разряды до ± 25 кВ, даже когда деталь включена и работает без фиксации.Все остальные контакты защищены до ± 8 кВ (HBM).

LTC2875 — это революционный приемопередатчик шины CAN, устойчивый к перенапряжению ± 60 В, работающий от источников питания 3,3 или 5 В. Его промышленная надежность сочетается с превосходными характеристиками, гибкостью применения и превосходными характеристиками EME.

Общие сведения об ошибках шины CAN

1 августа 2019

Есть ли у вас зона комфорта при диагностике? Чувствуете ли вы себя более комфортно, диагностируя только определенные типы неисправностей или проблем, и склонны уклоняться от попыток диагностировать неисправности в областях, которые выходят за рамки того, что вы знаете лучше всего? Нет никаких штрафов за ответ «да» на оба вопроса (многие из нас делают), но вот другой вопрос; Насколько вы готовы выйти из своей зоны комфорта, чтобы освоить новые навыки, такие как, например, обучение использованию цифрового запоминающего осциллографа для диагностики неисправностей CAN-шины, что, по общему признанию, не для всех?

Хотя нельзя недооценивать сложность систем CAN-шины, эти системы и их проблемы не должны быть исключительной прерогативой автоэлектриков.Таким образом, в этой статье мы более подробно рассмотрим системы CAN-шины с точки зрения того, как они работают и что они делают, а также поделимся некоторыми основными советами по устранению неисправностей и диагностике, начиная с —

Общие сведения о системах шины CAN 101

Ограниченное пространство не позволяет провести всестороннее обсуждение различных топографий систем CAN-шины, но достаточно сказать, что все системы CAN-шины делают одно и то же, а именно обеспечивают последовательную связь между всеми модулями управления на транспортном средстве.Например, система CAN, которая управляет коммуникациями, важными для безопасности, может передавать входные данные от датчиков скорости вращения колес через блок управления ABS одновременно в ECM (модуль управления двигателем), TCM (модуль управления трансмиссией), IC (комбинацию приборов) и все остальные. компоненты дополнительной удерживающей системы (SRS)) в реальном времени.

С точки зрения работы, системы CAN передают данные в кадрах, каждый из которых состоит из серии закодированных битов данных, каждый из которых представляет либо «1», либо «0».На практике биты — это наименьшие фрагменты данных, которые могут быть переданы, и поэтому каждое сообщение состоит из серии закодированных битов данных. Однако, чтобы критические сообщения имели приоритет над другими, менее важными сообщениями, сообщения данных строятся таким образом, что все коммуникации на конкретной CAN-шине подчиняются очень строгим правилам арбитража.

Например, первые биты после начала сообщения являются идентификаторами, которые идентифицируют передающий модуль управления; чем ниже значение идентификатора, тем выше становится приоритет сообщения.И наоборот, чем выше значение идентификатора, тем ниже становится приоритет сообщения. Это важный момент, о котором следует помнить, поскольку цель схемы арбитража состоит в том, чтобы предотвратить одновременную передачу данных двумя или более модулями управления, с одной стороны, и позволить передавать важные для безопасности данные раньше, чем небезопасные. критические данные, с другой. Одним из примеров данных, не важных для безопасности, могут быть, например, инструкции для BCM (Body Control Module), чтобы заблокировать двери при превышении определенной скорости движения.

Следующая последовательность битов в сообщении данных содержит полезную нагрузку данных, которая представляет собой фактические данные, которыми обмениваются задействованные модули управления, такие как, например, тот факт, что одно колесо вращается с меньшей скоростью, чем другие три колеса. За этой частью сообщения следует контрольная сумма, которую приемные модули управления используют для проверки действительности или иным образом передаваемых данных.

На практике каждый модуль управления приемом вычисляет свою собственную контрольную сумму на основе полезной нагрузки данных, которая сравнивается с контрольной суммой исходных передаваемых данных.Если два значения совпадают, принимающие модули управления распознают данные как действительные, и каждый принимающий модуль управления затем передает подтверждение действительности данных в передающий модуль управления.

Хотя приведенное выше описание обязательно краткое, оно должно дать вам хотя бы базовое представление о том, как работают системы CAN-шины. Однако на практике большинство систем CAN-шины состоят как минимум из трех дискретных подсистем, чтобы обеспечить дифференциальную связь между различными классами модулей / систем управления без вмешательства одной системы в работу другой.Вкратце это следующие системы:

Высокоскоростной CAN

Высокоскоростные системы CAN обычно передают данные со скоростью от 125 КБ / с до 1 МБ / с. С точки зрения работы, эти системы используют два скрученных провода (CAN-H и CAN-L), на которых одновременно возникают два противоположных напряжения: однако каждый провод передает сигнал напряжения, который возникает одновременно с двумя разными значениями. Эта схема известна как CSMA / CR (множественный доступ с контролем несущей и разрешением конфликтов), поскольку один уровень напряжения повышается при падении другого, что имеет эффект подавления радиошумов, возникающих в обоих проводах во время передачи и приема данных.

Средняя скорость CAN

Среднескоростные системы обычно передают и принимают данные со скоростью от 10 кбайт / с до 125 кбайт / с. В отличие от высокоскоростных систем, среднескоростные системы CAN обычно используют однопроводную среду, которая экранирована для уменьшения радиопомех. Что касается работы, среднескоростные системы несут напряжения, которые являются холостыми (рецессивными) при низких уровнях напряжения и активными (доминирующими) при высоких значениях напряжения.

Низкоскоростной CAN

Большинство низкоскоростных систем CAN используют протокол LIN (Local Interconnect Network), который почти всегда используется в топологии ведущий-ведомый.В переводе это означает, что система управляется / контролируется центральным модулем управления (ведущим), в то время как все другие модули управления в системе являются ведомыми, почти так же, как тормозные суппорты и колесные цилиндры являются ведомыми по отношению к ведущему тормозу. цилиндр.

Низкоскоростные системы CAN обычно основаны на формате данных SCI (интерфейс последовательной связи), который не требует точной схемы синхронизации часов между задействованными модулями управления, что означает, что все коды неисправностей хранятся в главном модуле.На практике низкоскоростные системы CAN передают и принимают данные со скоростью, которая обычно ниже 10 КБ / сек по одному проводу, который привязан к источнику земли, что подводит нас к —

Типичные неисправности цепи CAN-шины, которые вы, скорее всего, увидите

Несмотря на то, что сбои системы CAN-шины и связанные с ними симптомы многочисленны и разнообразны, а в некоторых случаях характерны для конкретного транспортного средства, наиболее серьезные сбои, дефекты и / или неисправности CAN могут (и вызывают) частичную или полную потерю функциональности системы, и даже иммобилизация автомобиля.Менее серьезные отказы, дефекты и / или неисправности обычно включают сигнальные лампы или запускают звуковые сигналы.

Тем не менее, наиболее частые причины проблем с системой шины CAN могут включать одну или несколько из следующих:

• Короткое замыкание одной, а иногда и обеих линий CAN-H и CAN-L друг на друга или на B + или B-
• Потеря непрерывности в одной или обеих линиях CAN-H и CAN-L в результате отказов оконечных резисторов или плохого контакта между стыковочными соединениями и разъемами.Однако обратите внимание, что в случаях, когда два или более модуля управления имеют общую землю, эти модули управления могут работать в однопроводном режиме, чтобы повысить отказоустойчивость, когда возникает разрыв цепи в линиях CAN-H или CAN-L.
• Чрезмерные радиопомехи в случаях, когда экранирование ухудшилось в результате повреждения проводки, ранее некачественно выполненного ремонта или когда изоляция проводки была пробита испытательными щупами
• Чрезмерные радиопомехи из-за неисправных или вышедших из строя компонентов, которые не обязательно могут быть частью конкретной системы CAN, которая находится под подозрением или находится в стадии расследования

Аналогичным образом, модули управления чаще всего подвержены следующим проблемам:

• Поврежденная, сгоревшая, закороченная, отсоединенная или корродированная проводка и / или разъемы в цепях питания и / или заземления модулей управления
• Полная или частичная потеря памяти и / или поврежденное кодирование / программирование модулей управления в результате неправильных методов запуска от внешнего источника, резких скачков или падений напряжения в системе или невозможности установить устройство экономии памяти во время замены батарей
• Неисправность электронного компонента в модулях управления

Обратите внимание, что в дополнение к вышесказанному, прерывистая или спорадическая потеря целостности в проводке, относящейся к шине CAN, не только довольно распространена; это также одна из самых сложных неисправностей системы CAN-шины для отслеживания и устранения, которая подводит нас к теме —

Диагностика неисправностей CAN-шины

Следует отметить, что, поскольку средняя продолжительность передачи данных по высокоскоростной шине CAN составляет всего около одной миллионной секунды, вам понадобится цифровой запоминающий осциллограф с частотой дискретизации не менее 10 × на 1 мкс (один микросекунды).Осциллографы с более низкой частотой дискретизации обычно используют процесс, называемый «повторяющаяся выборка», который включает в себя хранение достаточного количества сигналов, чтобы инструмент мог создать трассировку сигнала, но проблема заключается в том, что периодические сбои или всплески могут быть усреднены. в процессе хранения. На практике это означает, что действительно быстрые сбои, например, сигналов генератора переменного тока, могут стать невидимыми.

Сказав вышесказанное, вам также понадобится следующее —

Сервисная информация / электрические схемы

Основная причина, по которой вам нужны электрические схемы, — это определить, подключен ли ваш осциллограф к шлюзу или напрямую к сети CAN.В некоторых случаях системы CAN очень чувствительны к помехам, вызываемым сканирующими приборами и осциллографами, и поэтому вы можете подумать, что вы взаимодействуете с системой CAN, когда на самом деле вы видите связь между осциллографом и шлюзом, который соединяет мосты между собой. различные подсистемы CAN и изолирует систему CAN от диагностических приборов и осциллографов.

В двухпроводных высокоскоростных и среднескоростных системах CAN вы увидите это как только одну форму волны на экране, тогда как должно быть две формы волны.Если вы видите только одну осциллограмму, вам понадобится электрическая схема, чтобы выполнить соответствующие подключения к проводке CAN напрямую.

Доступ к библиотеке сигналов

Следует отметить, что обучение правильной интерпретации сигналов CAN требует очень крутого обучения. По опыту этого автора, лучший и самый простой способ согласовать эту кривую обучения — получить доступ к библиотеке форм сигналов, которая содержит как заведомо хорошие, так и заведомо плохие формы сигналов для конкретного транспортного средства, с которым вы работаете, поскольку построение сообщений данных CAN зависят от скорости передачи данных, используемой в конкретной системе, которая варьируется, а иногда и сильно, у разных производителей.

Один из способов получить соответствующие справочные данные — привлечь других пользователей на форумы технических веб-сайтов, таких как Mechanic.com.au, или приобрести подписку на ресурс, который специализируется на диагностике осциллографов / программном обеспечении. Большинство планов подписки относительно доступны, и цена входа может сэкономить вам много часов на поиск полезной эталонной формы волны, что приводит нас к —

На что обращать внимание на осциллограммы CAN

Мы вкратце коснулись структуры сообщений CAN с данными в другом месте, но для наших целей нам не нужно слишком беспокоиться о том, как создаются сообщения.Поскольку осциллографы — это просто продвинутые вольтметры, которые могут отображать колебания напряжения в течение определенного периода времени, единственное, что действительно имеет значение, — это соотношение между напряжением и промежутком времени между пиками напряжения, который определяет форму формы сигнала. Рассмотрим изображение ниже —

Эта диаграмма представляет собой графическое представление передачи данных по полнофункциональной высокоскоростной двухпроводной системе шины CAN. Хотя это представление не показывает никаких деталей фактической передачи, оно иллюстрирует принцип, согласно которому в полностью функциональной системе шины CAN всегда будут присутствовать две формы сигналов, которые являются зеркальным отображением друг друга.В этом примере самые широкие части «сигналов» представляют фактическое сообщение, а белые промежутки представляют собой промежутки между передачами данных.

Как правило, любые отклонения от нормального режима работы вызывают колебания напряжения обеих форм сигнала. На практике, когда напряжение одной формы волны падает, что будет отражаться либо в уменьшении, либо в увеличении амплитуды одной формы волны, амплитуда противоположной формы волны будет увеличиваться или уменьшаться на ту же величину. Однако в некоторых случаях, например, во время состояний KOEO (Key On Engine Off), или когда присутствуют некоторые типы сбоев / дефектов, вы можете увидеть две формы сигнала с «пиковой y», но обратите внимание, что, хотя две противоположные формы сигнала будут накладываться друг на друга и совпадают по частоте, они будут отличаться по амплитуде.

Хотя ограниченное пространство не позволяет включить фактические формы сигналов, которые указывают на типичные проблемы с шиной CAN, приведенная ниже форма волны является той, которую вы, вероятно, будете видеть чаще, чем любые другие, при диагностике проблем с шиной CAN с помощью осциллографа.

Источник изображения: https://www.searchautoparts.com/motorage/electrical/locate-faults-can-network-these-tips-and-techniques?page=0,2

Эта форма сигнала воспроизводится из реальной формы сигнала и показывает типичный дисплей, когда согласующие резисторы неисправны или отсутствуют в двухпроводных системах, или когда имеется разрыв связи между двумя модулями управления.

Для выработки полезных сигналов во всех системах шины CAN обычно используются два резистора на 120 Ом между линиями CAN-H и CAN-L. Когда эти резисторы отсутствуют или когда обрыв проводки препятствует эффективному обмену данными по системе, биты данных, составляющие сообщение, не могут быть сформированы должным образом, а сигналы, которые создаются и передаются, отражаются или «отражаются» от концов CAN. линии, которые и создают эти характерные формы волны.

Одна из распространенных ошибок, которую допускают многие технические специалисты, — это отключение модулей управления по одному в попытках найти неисправный модуль управления.Тем не менее, хотя это часто является эффективным способом выявления неисправного модуля управления, отсутствие перемычки между линиями CAN-H и CAN-H и CAN-L с CAN-L через разъем отключенного модуля управления не только приведет к формированию сигнала, указанного выше. — он также отключит большие участки системы шины CAN, что сделает диагностику этой системы осциллографом невозможной.

Обратите внимание, что, поскольку работающие согласующие резисторы являются краеугольным камнем эффективной работы системы шины CAN, эти резисторы необходимо проверять в качестве первого шага в любой диагностической процедуре, которая включает в себя проблемы системы шины CAN и осциллографы.Однако имейте в виду, что хотя обычно можно проверить согласующие резисторы между контактами 6 и 14 в DLC, вы должны быть уверены, что шлюз CAN-шины не изолирует DLC от вашего тестового оборудования. Если это так, вы можете получить крайне неточные показания или вообще не получить показания, поэтому обязательно ознакомьтесь со схемой проводки, чтобы убедиться, что вы проверяете согласующие резисторы через фактическую проводку шины CAN — что обычно лучше всего делать сзади. зондирование разъема подозрительного модуля управления.

Заключение

Несмотря на свою сложность, системы CAN-шины являются захватывающим аспектом современного автомобильного дизайна, и мы надеемся, что эта статья вдохновила вас узнать больше о том, как эти системы работают. Фактически, по мере того, как ваши знания о системах CAN-шины будут улучшаться, вы получите более четкое представление о том, как взаимодействуют все различные системы контроля и управления на современных транспортных средствах, что, в свою очередь, улучшит вашу способность диагностировать неисправности в отдельных системах и / или компонентах. .

A Обзор протокола CAN: основы и преимущества

«Если вы можете это мечтать, вы можете это сделать. CAN ».

— Уолт Дисней (выделено мной)

Знакомство с шиной CAN

В предыдущих статьях блога Learn мы рассмотрели несколько последовательных протоколов точка-точка (RS485, RS422, RS232), а также сравнили SPI и последовательные шины I ² C. Сегодня мы воспользуемся еще одной последовательной шиной — шиной CAN.

Конечно, придумывать каламбуры по поводу аббревиатуры CAN почти так же весело, как играть с телефоном в жестяной банке, когда мы были детьми. Помните те? Вы берете две жестяные банки, пробиваете в дне дырки, плотно натягиваете между ними веревку и — вуаля! У вас есть сеть, в которой можно делать это!

Если серьезно, то мы здесь, чтобы рассказать вам о чем-то невероятно полезном и гораздо более современном. Аббревиатура на самом деле означает Controller Area Network , но даже знание того, что она означает, мало что говорит нам об этом.

Давайте взглянем на историю этого протокола, чтобы узнать больше.

История шины CAN

Шина CAN изначально была задумана и оптимизирована для транспортных приложений.

К концу 20 века в существующей автомобильной электронике использовалась сложная аналоговая проводка точка-точка. По мере распространения датчиков, устройств и подсистем сложность и большой вес проводки стали неуправляемыми.

Это привело к осознанной потребности в способе упрощения межсоединений и стандартизации автомобильных электронных устройств.Шина и протокол — достаточно быстрые, чтобы выполнять эту работу, но более надежные, чем существующие сети, и способные работать в электрически зашумленной среде — были крайне необходимы.

Разработка этой технологии началась в 1983 году в компании Robert Bosch GmbH. Результаты были обнародованы на конференции SAE в 1986 году. Производители полупроводников начали разрабатывать и производить совместимые микросхемы, а с начала 1990-х годов производители автомобилей начали использовать технологию CAN в своих транспортных средствах.

С тех пор публикация стандартов CAN (см. Серию ISO 11898-n) и использование CAN-шины для бортовой диагностики транспортных средств и других целей резко выросли во всем мире.Этот протокол также нашел применение во многих промышленных и медицинских приложениях. Он даже применяется в автоматизации зданий, лифтах и ​​в более экзотических приложениях, таких как дроны и протезы.

Некоторые основы работы с CAN-шиной

Шина CAN может похвастаться множеством тонкостей и сложностей, поэтому в этой статье мы представим ее на общем упрощенном уровне. Наша цель — дать вам разновидность CAN, не обязательно подробное объяснение того, как она работает (хотя мы раскроем некоторые важные детали).

Даже в этом случае, поскольку он стандартизирован, а производители устройств и систем уже сделали за вас много «тяжелой работы», вы (как разработчик Интернета вещей) должны иметь возможность спрыгнуть отсюда и начать его использовать, если это так. ваша цель. Почему это должно быть вашей целью? Давайте взглянем на…

Преимущества

CAN-шина обладает некоторыми действительно изящными свойствами, которые делают ее совсем другой и в некотором смысле более полезной, чем SPI и I ² C. Но что делает ее хорошим выбором для использования в суровых условиях, характерных для транспорта и промышленных предприятий. ?

• Низкая стоимость узла и системы
• Централизованный мониторинг и управление возможны , , но не требуется
• Надежность — устойчивость к электрическим и электромагнитным помехам
• Эффективность, благодаря поддержке приоритета без прерываний
• Гибкость — все узлы получать весь трафик, обеспечивая совместные системы

Эти общие преимущества технологии CAN делают ее привлекательной и привели к ее широкому использованию.Затраты снижаются за счет стандартизации дизайна, массового производства и меньшего количества межкомпонентных соединений. Возможны системы с центральными контроллерами и мониторами из-за того, как работает протокол. Электрическое определение CAN защищает от шума, а его протокол обеспечивает обнаружение и устранение шума. Разработчики могут использовать встроенный протокол CAN, чтобы гарантировать, что зависящие от времени события обрабатываются без потери функций с более низким приоритетом. Кроме того, каждый узел в сети может использовать или игнорировать любые сетевые данные.

Вот что происходит дальше:

Оба узла, конкурирующие за шину, одновременно слушают шину.Это означает, что они оба видят / слышат доминирующий бит SOF друг друга, и оба немедленно начинают синхронизацию друг с другом. Но каждый (пока) не знает, является ли он наивысшим приоритетом. Затем они оба передают 0, один и тот же первый бит своих соответствующих идентификаторов. Оба «слышат» 0. Но в следующем бите узел 1 передает «0», а узел 2 передает «1». Поскольку ноль является доминирующим, это то, что выходит в автобусе. Когда Узел 2 «слышит» «0» вместо «1», который он передал, он знает, что проиграл арбитраж, и немедленно прекращает передачу (но продолжает слушать, если ему нужно действовать в соответствии с сообщением, которое Узел 1 отправляет).

Когда идентификаторы узлов назначаются таким образом, что наиболее важные, наиболее часто используемые узлы имеют наивысший приоритет, пропускная способность сети CAN используется наиболее эффективно.

Топология и длина шины

Топология сети CAN не ограничена. Точно так же, как люди, стоящие на коктейльной вечеринке, узлы могут быть где угодно по отношению друг к другу, если они подключены к одним и тем же двум проводам. На практике, однако, чем меньше узлов разветвляется во всех направлениях и чем короче шина, тем меньше отражений и тем быстрее может работать система.

Примечательно, что в промышленных условиях шина CAN может простираться на удивительные 500 метров, если скорость передачи ограничена 125 кбит / с, и даже больше при более низких скоростях передачи данных. Но, как говорится, «дьявол кроется в деталях».

CiA (нет, не , что CIA , , этот — международная группа пользователей и производителей «CAN in Automation», ) предлагает эти рекомендации для общей длины шины и совокупной длины шлейфов.Если вы разрабатываете полную систему шины CAN, вы, несомненно, захотите принять во внимание конкретную топологию и длину шины, как описано, например, в этом примечании по применению.

Итак, CAN хороший кандидат

Что все это значит? В этой статье мы на самом деле только поверхностно рассмотрели, что такое сеть CAN-шины и что она может для вас сделать. Не забудьте проверить ссылки и ресурсы ниже, если вы хотите расширить свои знания об этом интересном протоколе.

Если вы создаете устройства для использования в автомобиле или в любой шумной коммерческой среде, шина CAN может быть просто вашей чашкой чая. Вы можете найти огромное количество готовых к использованию сетевых устройств CAN на полке, а также наборы микросхем микроконтроллеров, которые вы можете встроить в свои собственные устройства сетевого узла CAN.

Если вы хотите удаленно подключиться к существующим сетям CAN, NetBurner имеет именно то, что вам нужно для начала работы; ознакомьтесь со ссылками на продукты ниже.

Может быть, пора сначала прыгнуть на ноги и начать экспериментировать.Иногда, как говорится, «Доказательство пудинга в поедании». Почему бы не попробовать CAN и не убедиться в этом?

Можем ли мы вам помочь? Спорим, мы МОЖЕМ!

Многие продукты NetBurner поддерживают шину CAN с помощью комплекта разработчика. Вот список для вашего удобства:

Включите поддержку NetBurner для быстрого набора

Наша миссия в NetBurner — помочь вам в разработке. Если у вас есть какие-либо мысли или интерес к CAN, или если мы можем ответить на ваш вопрос о любом из наших продуктов, сообщите нам об этом в комментариях ниже или напишите нам по электронной почте на адрес sales @ netburner.com.

Некоторые ресурсы CAN NetBurner

Другие ресурсы CAN

Глоссарий

• CAN — Сеть контроллеров
• I ² C — Плата и последовательная шина системного уровня
• OBD — Бортовая диагностика
• ISO — Международная организация по стандартизации
• ECU — Электронный блок управления, то есть узел на шине CAN
• Узел — Отдельный участник сети CAN
• CANH — Проводник сети CAN, который активно приводится в состояние ВЫСОКОГО напряжения
• CANL — Неприведенный провод сети CAN, который остается на НИЗКОМ уровне напряжения
• Доминантный — высокий (логический 0) дифференциальный уровень между CANH и CANL
• Рецессивный — низкий (логический 1) дифференциальный уровень между CANH и CANL
• Согласующий резистор — компонент, используемый для возврата шины CAN к рецессивному уровню
• Протокол — набор правил, которые определяют последовательность, синхронизацию и формат трафика данных в сети
• Арбитраж — процесс, с помощью которого один узел получает контроль над шина CAN
• Вставка битов — Добавление дополнительных битов для поддержания синхронизации
Поле
• — Определенная часть кадра сообщения CAN
Кадр
• — Одно полное сообщение CAN, состоящее из нескольких полей
• SOF — Начало кадра
• CAN -ID — Поле, содержащее уникальный идентификатор узла CAN, включая его приоритет
• RTR — Поле запроса удаленной передачи (см.

  No related posts.