CAN差分波形的边沿如此缓慢怎么办？

现场进行CAN通信故障排查时，常常遇见因边沿缓慢导致的通信错误，那边沿缓慢是由什么原因导致的呢？下面通过一个案例带大家一起看一看。

 

现场测试数据

图 1是通过ZPS-CANFD采集的现场CAN网络的报文和波形数据，从报文数据观察，全是错误帧，说明CAN网络出现了通信错误，再结合波形数据看，发现CAN差分波形边沿很缓，呈现出镰刀的形状，我们知道，边沿的缓慢程度会影响显隐性电平的识别，所以出现这样的波形状态会容易使CAN网络出现通信错误。

图1   差分波形边沿缓慢现象

通过ZPS的【总线边沿测量】功能对CAN差分波形的上升、下降时间进行测量，可以看到上升、下降时间统计结果约300ns、600ns。

图2   差分波形边沿时间测量结果

 

原因排查

我们知道，CAN总线差分电平由低变高（波形边沿上升）时，收发器的Q1、Q2是导通的，此时导通的收发器给电容充电，CAN总线差分电平由高变低（波形边沿下降）时，收发器的Q1、Q2是不通的，电容通过终端电阻放电。根据电容的充放电时间公式可知，当R确定的情况下，C越大，τ值就会越大，进而会导致上升、下降沿缓慢的现象。

图3   CAN总线充放电示意图

通过对现场CAN网络上的节点电路检查，发现收发器外围电路存在TVS管、气体放电管等保护器件，如图 4所示，TVS管本身存在结电容，如果选型较大结电容的TVS管，如电容值在几百到上千皮法，那总线组网后结电容会累计增加，高速通讯的时候总线就会出现边沿缓慢的波形。

图4   CAN节点电路

 

优化后的结果将CAN节点收发器外围电路中的TVS管去掉后，再对现场数据进行采集，从波形和对边沿时间的测量结果看，边沿缓慢现象已得到改善，通信也正常了。如图 6所示，优化后的CAN差分上升由300ns左右减少到了30ns左右、下降时间由600ns左右减少到了40ns左右。

图 5   优化后的CAN差分波形

图6   优化后CAN差分波形边沿时间测量结果

 

CAN网络边沿缓慢原因排查建议

当CAN网络出现边沿过于缓慢时，可以从以下几个方向进行排查：

1、检查CAN节点电路是否添加了等效电容过大的保护器件，如上述案例；

2、检查CAN节点电路是否添加了过大的CAN对地、CANL对地、CANH对CANL电容；

3、检查CAN网络是否选用了寄生电容过大的通信线缆。