CAN收发器：总线信号的“翻译官”

 

在CAN总线通信中，CAN收发器（Transceiver）扮演着至关重要的角色——它就像一位“翻译官”，负责将微控制器（MCU）的数字信号转换为总线上的差分信号，同时把总线信号翻译回MCU能理解的逻辑电平。今天，我们就来深入探讨CAN收发器的工作原理、行业应用以及相关参数测量方法！
 

 

 

CAN收发器的定义

CAN收发器是一种物理层接口芯片，位于CAN控制器（MCU）和CAN总线之间，如图1所示，主要功能包括：

发送方向：将MCU的TX数字信号转换为差分信号（CAN_H / CAN_L），并驱动总线；

接收方向：检测总线上的差分信号，转换为MCU可识别的RX数字信号；

电气隔离：提供抗干扰能力，保护MCU免受总线上的浪涌、EMI等影响。

图1  收发器工作示意图

 

工作原理：信号如何“翻译”？

 

发送过程（MCU →总线）：MCU通过TX引脚发送逻辑信号（0或1）。收发器将逻辑信号转换为差分电压：显性电平（逻辑0）：CAN_H ≈ 3.5V，CAN_L ≈ 1.5V（差分电压≈2V）；隐性电平（逻辑1）：CAN_H ≈ 2.5V，CAN_L ≈ 2.5V（差分电压≈ 0V）。差分信号通过总线传输，抗干扰能力更强。接收过程（总线→ MCU）：收发器检测总线上的差分电压（CAN_H - CAN_L）。收发器将逻辑信号转换为差分电压：若差分电压≥ 0.9V，判定为显性电平（逻辑0）；<0.5V为隐性电平（逻辑1）。通过RX引脚将信号传递给MCU。
CAN收发器的必要性：CAN收发器不仅是简单的“数模转换器”，更是总线网络的“物理层守护者”，其功能直接关系到抗干扰能力、功耗、安全性和鲁棒性。在汽车、工业等严苛环境中，收发器的这些特性往往是系统可靠性的关键。电气隔离与保护：关键作用：确保总线在恶劣环境（如汽车、工业）下的可靠通信。

• ESD保护（±8kV以上）防止静电损坏；
   
• 共模电压抑制（如±12V），容忍节点间地电位差异；
   
• 抗瞬态干扰（通过ISO 7637标准），抵御电源突波、浪涌等。

信号完整性与稳定性优化：关键作用：避免信号失真，降低通信错误率。

• 斜率控制：调节信号边沿速率，减少EMI辐射（如TJA1050的静默模式）；
   
• 差分信号整形：消除抖动，确保CAN_H/CAN_L的对称性；
   
• 显性/隐性电平严格匹配（如显性≥0.9V，隐性≤0.5V）。

故障检测与系统安全：关键作用：防止节点故障导致整个网络瘫痪。

• 总线短路保护（对地、对电源、线间短路）并自动进入安全模式；
   
• 显性超时保护（Dominant Timeout）：防止节点软件故障持续占用总线；
   
• 热关断：高温时自动禁用输出，保护芯片。
   

如何测量CAN收发器相关参数？

 

收发器模拟信号采集与分析：ZPS-CANFD总线分析仪支持CAN、CANFD总线底层电气信号的采集，将CANH、CANL以及CANDiff的波形直观地展示在软件界面上，通过对波形的观察，能够对总线的信号质量进行评估以及故障定位，如图2所示：

图2 物理层电气信号

除此之外，ZPS-CANFD还可以对采集的波形进行分析，包括电平、边沿和对称性分析。如图3所示，能够实现CANDiff、CANH、CANL电平的测量以及显隐性SYM的测量：

图3 总线电平和对称性分析

如图4所示，可以实现CANH、CAHL和CANDiff波形的上升、下降时间测量：

图4  总线边沿测试

收发器延迟测量：ZPS-CANFD总线分析仪，有两路DSO通道，可以将收发器的Rx和Tx信号通过DSO通道接入ZPS。因此，我们可以通过对Rx和Tx信号的接收，直接测量收发器内部的时序，如图5所示，为收发器时序特性测量界面，能够实现对收发器延迟的测量。

图5  收发器延迟测量

 

总结

CAN收发器作为连接CAN控制器与物理总线的核心接口，承担着逻辑信号与差分电平转换、总线驱动、故障保护等关键功能，其性能直接影响通信质量和系统可靠性。

ZPS-CANFD总线分析仪可全面监测收发器相关参数，包括差分电平、信号完整性、总线阻抗匹配等电气特性，实时诊断短路、断路等物理层故障，并通过眼图分析、容错测试等手段评估收发器的抗干扰能力与稳定性。

两者的结合不仅能够快速定位通信异常根源，还能优化收发器配置，显著提升CAN/CAN FD网络的可靠性和鲁棒性，为汽车电子、工业控制等领域的开发和维护提供强有力的支持。