硬件电路设计之CAN电路设计

1 简介

CAN 是Controller Area Network 的缩写，最早应用于汽车领域，由于这些系统之间通信所用的数据类型及对可靠性的要求不尽相同，由多条总线构成的情况很多，线束的数量也随之增加。为适应“减少线束的数量”、“通过多个LAN，进行大量数据的高速通信”的需要，1986 年德国电气商博世公司开发出面向汽车的CAN 通信协议。此后，CAN 通过ISO11898 及ISO11519 进行了标准化，现在在欧洲已是汽车网络的标准协议。

现在CAN通信已经被广泛应用于各个领域，例如医疗，工业等领域。CAN 控制器根据两根线上的电位差来判断总线电平。总线电平分为显性电平和隐性电平，二者必居其一。发送方通过使总线电平发生变化，将消息发送给接收方。

在总线上显性电平具有优先权，只要有一个单元输出显性电平，总线上即为显性电平。而隐形电平则具有包容的意味，只有所有的单元都输出隐性电平，总线上才为隐性电平（显性电平比隐性电平更强）。另外，在CAN总线的起止端都有一个120Ω的终端电阻，来做阻抗匹配，以减少回波反射。

2 CAN总线特点

• 多主控制

当总线处于空闲状态时，任何Device都可以发送消息，总线通过标志符号来决定发送优先级。只有仲裁获胜方可以继续发送消息，其余Device可以立刻停止数据发送，进入数据接收状态。

• 数据传输速率快

由于CAN通信采用的是差分通信的方式，其能传输更远的距离，且传输的速率最高可以1Mbps。

• 支持多节点通信
  CAN通信可同时连接多个Device，且连接Device理论上是没有上限的，但是Device数量过多可能会影响数据传输的延时以及最高的传输速率。最高的通信速率不仅与传输线缆的长度有关，还与挂载节点的数量有关系。

3 CAN电平标准

CAN通信有高速CAN通信（ISO11898标准）和低速CAN通信（ISO11519-2标准）两种，一般所说的CAN通常是ISO11898标准的高速CAN通信，其最高的传输速率为 1Mbps 。低速CAN的最高的传输速率为 125Kbps ，主要应用于汽车领域，其具有较高的可靠性。

物理层	ISO11898	ISO11519-2标准
电平	显性	隐性
CAN_H	3.5V	3V
CAN_L	1.5V	3V
电位差	2.0V	0V

4 CAN电路设计

• TJA1050 CAN电路设计

TJA1050 供电采用5V供电，有些CAN收发器采用的3.3V供电，可直接连接至MCU。

• 建议在CAH_H和CAN_L之间添加共模电感，抑制共模噪声。
• 在对外连接器上需要添加TVS管，防止静电损坏内部电子元器件。
• 建议将120Ω电阻差分为两个60Ω电阻，中间连接一个4.7pF对地电容，能有效滤除信号中干扰。

• ISO1042BQDWVRQ1 隔离CAN电路设计

隔离CAN电路能将板载与CAN总线完全隔离，但是需要注意的是电源部分也需要进行隔离。

隔离电源UCC12051DVE-Q1的设计见下：

• 不使用CAN收发器通信

经常会有这样的一种使用场景：同一板载上两个MCU之间进行CAN通信。此时，我们就会考虑能否直接将CAN_TX连接至CAN_RX,CAN_RX连接至CAN_TX(见下图)？答案是 否定的 。

CAN_RX需要去监听CAN_TX的状态，我们不能简单的直接这样互联。对于CAN通信的每个节点，可以通过一个二极管实现CAN_RX对CAN_TX的监听，具体的电路如下：

这种通信方式亲测可用，但是还是不建议使用。