如何使用ZPS-CANFD进行CAN信号质量评估？

 

CAN总线作为汽车电子、现代工业控制及船舶航空等高安全性领域的重要通信技术，其信号质量与系统可靠性具有直接相关性。CAN信号质量作为节点通信的基础性技术指标，其优劣程度直接影响着整个总线系统的运行效能。基于此，要准确判断总线信号质量的优劣等级，必须建立科学的评估体系，通过对信号波形特征进行系统性评估，从而为CAN总线的可靠运行提供量化依据。

 

为什么要评估检查CAN信号的质量？

CAN总线通信可靠性直接依赖于信号电平的精确识别能力。当信号质量劣化时，节点可能因显性/隐性电平阈值（Vdiff）偏离规范范围，导致位采样点电平误判。这种误判轻则产生错误帧干扰通信，重则触发总线关闭保护机制，造成节点通信功能失效。因此，信号质量评估成为保障CAN总线健壮性的关键环节。针对网络的总线信号质量分析能够呈现图表对比各个节点之间的通信质量差异，快速排序定位信号质量不佳的节点，为解决系统的通信质量问题提供一种便捷的途径。

 

CAN信号质量评估原理

 

CAN节点是通过差分信号进行通信的，因此，CAN信号质量的评估对象为差分信号的波形。我们从差分信号波形的边沿速率、稳定幅值及反射失真三个方向元素按照一定的规则对信号质量进行综合评估，评分以百分比的形式呈现。评分计算公式为：

注:对三种元素如何选择评估，可根据需要设置权重，如只对边沿速率评估，CAN 信号质量总分=(边沿速率评分x100+稳定幅值评分x0+反射失真评分x0)÷100。

 

1、各元素计算方法

 

关于信号质量评分计算公式中的边沿速率评分、稳定幅值评分、反射失真评分的计算，涉及到的相关参数如图 1所示：

图1   信号质量评估参数图

无干扰电压范围（Udisturb）：是指待评估差分波形段中显性位电平的最小值和隐性位电平的最大值之间的差值。

峰峰值：是指波形中最大值和最小值的差值。

边沿时间：是指波形中信号电平变换时所经历的时间，包括上升沿和下降沿。

位时间：是指波形中一个位的宽度。

（1）边沿速率评分

信号质量的好坏与信号边沿的陡峭程度也有很大的关联，过于平缓的边沿会导致CAN通信出现异常。边沿速率评分，即是对信号边沿的陡峭程度进行评估，其评分公式如下：

由计算公式可知，边沿时间越大，评分越低；当边沿时间达到位时间的50%时，评分为0%。

（2）稳定幅值评分

信号质量的好坏与信号的幅值（幅值是指顶部值与底部值之间的差值）密切相关，而CAN差分波形对应的顶部值和底部值应满足ISO 11898-2标准，否则可能出现CAN通信异常的现象。

图2   ISO11898-2标准CAN差分显/隐性电平要求

稳定幅值评分，就是对无干扰电压范围与幅值常见值的接近程度进行评估，从而判断信号质量的好坏。其评分公式如下：

由计算公式可知，当无干扰电压范围为1V时，评分为0%；当无干扰电压范围为2.2V时，评分为100%。

（3）反射失真评分

信号在波形顶部值和底部值附近的抖动直观地反映了信号受到干扰的情况，即往往会使波形出现预冲和过冲现象，而反射失真评分就是对出现的预冲和过冲现象进行的评估，也即是对无干扰电压范围与峰峰值电压之间的关系进行评估，从而判断信号质量的好坏。其评分公式如下：

由计算公式可知，当峰峰值与无干扰电压范围越接近时，评分越高，此时表征信号波形的预冲、过冲现象较不明显，当峰峰值和无干扰电压范围相等时，评分为100%。

实测步骤通过ZPS的总线信号质量评估功能可以实现对CAN单节点或网络进行质量评分，其操作步骤如下。

 

第一步，ZPS的CAN1通道和DUT的CAN通道连接；

 

第二步，设置波特率、终端电阻及工作模式等；

 

图3   参数设置

第三步，开启ZPS软件中的CAN1通道按钮，采集一段时间DUT发送的报文；

图4   分析样本

第四步，打开“总线信号质量评估”功能，选择对报文接收主窗口或过滤窗口中的样本数据进行信号质量评分；

图5   菜单导航

第五步，点击总线信号质量评估界面的按钮，即可看到评估结果。由结果可以知道,ID为0x01120007的节点的信号质量较差，可进一步分析该节点的差分电压、边沿时间及干扰情况等，以保证通信的可靠性。

图6   信号质量分析结果展示