CAN总线介绍及电路设计

通信协议 - CAN

CAN(Controller Area Network)是一种多主方式的串行通讯总线。基本设计规范要求有高的位速率、高抗电磁干扰性，而且能够检测出产生的任何错误，当信号传输距离达到 10Km 时 CAN-bus 仍可提供高达 5Kbps 的数据传输速率。

CAN 电路设计

CAN 模块的设计，是基于 CAN 芯片，对串行信号(RX/TX)与 CAN 差分信号(CANH/CANL)进行互相转换。以下是两种较为常用的 CAN 收发器。

基于 TJA1050

完整资料请见 Modularity_of_Functional_Circuit/ 模块设计 - CAN 通信 / 基于 TJA1050

特性

供电：5 V(4.75-5.25 V)

高速率：60 Kbps-1 Mbps

完全符合 ISO 11898 标准

低电磁辐射(EME)

具有贷款输入范围的差动接收器，可抗电磁干扰(EMI)

可以连接至少 110 个节点

没有上电的节点不会对总线造成干扰

工作模式

TJA1050 有两种工作模式(高速 / 静音)，由引脚 S(RS) 来控制。

高速模式：

高速模式是普通的工作模式，将引脚 S 接地即可进入该模式。因引脚 S 内置下拉，所以即使外部没有连接，默认也是高速模式。

在这个模式中，总线输出信号有固定的斜率，并以最快的速度切换，适合于最大的位 速率和，或最大的总线长度，此时它的收发器循环延迟最小。

静音模式：

静音模式中，发送器是禁能的，不管 TXD 的输入信号，所以运行在非发送状态中消耗的电源电流，和在隐形状态中是一样的。将引脚 S 接高电平就可以进入静音模式。

静音模式中，节点可以被设置成对总线绝对无源的状态，此时微控制器不再直接访问 CAN 控制器，TJA1050 将会释放总线。

芯片管脚

参考电路

如图，CAN 协议控制器(例如单片机)通过串行线(RX/TX)连接到收发器，在收发器上转换为 CAN 信号(CANH/CANL)，并通过引脚 S 来选择高速 / 静音模式。

基于 SN65HVD230

完整资料请见 Modularity_of_Functional_Circuit/ 模块设计 - CAN 通信 / 基于 SN65HVD230

特性

由 3.3 V 单电源供电

可以连接至少 120 个节点

低电流待机模式

速率：最高 1 Mbps

工作模式

SN65HVD230 有三种工作模式(高速 / 斜率 / 静音)，由引脚 S(RS) 来控制。一般我们使用高速模式。

高速模式：

将 Rs 强下拉至 GND 以启用高速模式。

斜率模式：

使用 10k 至 100k 之间的电阻，将 Rs 下拉至 GND。具体电阻阻值与速率的关系，请参考数据手册。

低功耗模式：

将 Rs 强上拉至 3.3V

芯片管脚

参考电路

PESD2CAN 是 CAN 专用的 ESD 保护二极管，保护芯片免受静电和其他瞬变因素的损害。

参考的 PCB 布局如下：

TJA1050 与 SN65HVD230 的异同

TJA1050 与 SN65HVD230 主要的区别是工作电压的不同，TJA1050 工作在 5 V 环境下的，而 SN65HVD230 工作在 3.3 V 环境下。

共同的注意事项:

CAN 信号线在 PCB 布线的时候，要走差分线。

末端电阻一般在 CAN 线起始端和末端才需要使用，中间端不需要外加。

如果需要对总线的共模电压进行过滤和稳定，也可以使用分体式末端电阻(如上文所示，分为两个 60 Ω 电阻，中间加连接到地的电容)。

CAN 接口 EMC 设计

CAN 通讯中，电缆容易耦合外部干扰，对信号传输造成影响，甚至会通过接口电路影响内部核心敏感电路。

CAN 接口防护器件主要包括：滤波电容、共模电感、跨接电容、TVS 管。

滤波电容 C1,C2：用于给干扰提供低阻抗的回流路径，选取范围为 22pF~1000pF，典型值为 100pF。

共模电感 L1：用于滤除差分线上的共模干扰，阻抗选取范围为 120Ω/100MHz~2200Ω/100MHz，典型值为 600Ω/100MHz。

跨接电容 C3,C4：用于接口地和数字地之间的隔离，典型值为 1000pF/2kV。

TVS 管 D1,D2：用于防 ESD 或瞬间的高能量冲击，使其线路的电压钳位在一个预定的数值内，从而确保后面的电路器件免受瞬态高能量的冲击而损坏。