CAN匯流排抗干擾的6條「軍規」

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在汽油車時代，CAN匯流排遇到的干擾少之又少，即使有一些繼電器和電磁閥的脈衝，也不會有很大影響，稍微進行雙絞處理，完全可以實現零錯誤幀。

可是到了電動汽車年代，逆變器、電動機、充電機等大功率設備對CAN的影響足以中斷通訊，或者損壞CAN節點，如圖1圖2所示，就是被逆變器干擾的CAN波形。

圖1 干擾前

圖2 干擾後

面對干擾，各個汽車廠、零部件廠，測試診斷設備的廠商都紛紛研究抗干擾之「妙方」，以保證CAN穩定運行。本文就以廣州致遠電子有限公司15年的CAN現場故障排查經驗，介紹抗干擾6條「軍規」。

1、CAN介面增加隔離與保護

干擾不但影響信號，更嚴重的會導致板子死機或者燒毀，所以介面和電源的隔離是抗干擾的第一條「軍規」.隔離的主要目的是：避免地迴流燒毀電路板和限制干擾的幅度，保護控制器不死機。如圖3所示，為未隔離時，兩個節點的地電位不一致，導致有迴流電流，產生共模信號，CAN的抗共模干擾能力是-12~7V，超過這個差值則出現錯誤，如果共模差超過±36V，燒毀收發器或者電路板。

圖3 未隔離時的地迴流

而增加CTM1051KAT隔離模塊後，如圖4和圖5所示。隔絕了地迴流，限制了干擾幅度。

圖4 CTM1051KAT隔離模塊

圖5 隔離地迴流

增加隔離後，是否萬事大吉了？肯定不是，隔離只是阻擋，如果幹擾強度很高，比如達到2KV浪涌，隔離也會被破壞。所以要想達到更高的防護等級，必須增加防浪涌電路。如圖6所示，為致遠電子高速匯流排標準防浪涌保護電路。

圖6 信號保護電路

此保護電路可達4KV浪涌而不損壞，不過注意如果要通過2500VDC耐壓測試時，需要將GDT和R3拆除，防止高壓擊穿導致測試不通過。

2、CAN線提高雙絞程度

CAN匯流排為了提高抗干擾能力，採用CANH和CANL差分傳輸，達到效果就是遇到干擾後，可以「同上同下」，最後CANH-CANL的差分值保持不變。如圖7所示。

圖7 差分抗干擾示意圖

可是，這種抗干擾能力，必須的條件是，CANH和CANL要很緊密地靠在一起，否則受到的干擾強度就不一樣，就會導致差分信號受到干擾。所以CANH和CANL要緊密地絞在一起，通常雙絞線只有33絞/米，而在強幹擾場合，雙絞程度要超過55絞/米才能達到較好的抗干擾效果。另外線纜的芯截面積要大於0.35~0.5 mm2 ，CAN_H對CAN_L的線間電容小於75 pF/m，如果採用屏蔽雙絞線，CAN_H (或CAN_L) 對屏蔽層的電容小於110 pF/m。可以更好地降低線纜阻抗，從而降低干擾時抖動電壓的幅度。

圖8 雙絞線

3、CAN線保證屏蔽效果與正確接地

帶屏蔽層的CAN線，可以良好地抵禦電場的干擾，等於整個屏蔽層是一個等勢體，避免CAN導線受到干擾。如圖9所示，為一個標準的屏蔽雙絞線，CANH和CANL通過鋁箔和無氧銅絲屏蔽網包裹，如圖9所示。需要注意的是和與接插件的連接，在連接部分允許有短於25 mm 的電纜不用雙絞。

圖9 屏蔽雙絞線

較好的CAN屏蔽線帶有2層屏蔽層，稱為雙層屏蔽線，其中內層的CAN_GND是與CAN收發器的地連接，外層的Shield是與外殼大地相連。內層可以平衡信號的地電位，抑制共模干擾，減少錯誤幀，但強幹擾時收發器損壞率會提高；外層可以泄放電荷到大地，如圖10所示。

圖10 雙層屏蔽線

使用屏蔽線後，在屏蔽層沒有良好接大地前，屏蔽線是不起作用的。所以我們要選擇一種接地方式。通常來說，屏蔽層單點接地可以避免地迴流（不同位置的地電位不同而導致的產生電流）、多點接地可以加快高頻干擾信號的泄放。所以要根據實際情況選擇合適的接地方式。如圖11所示。

圖11 屏蔽層接地方法

在CAN的應用場合，由於距離一般都較遠，所以大部分採用屏蔽層單點接地的原則，在幹線上找一點將屏蔽層用導線直接接地，該點應是所受干擾最小的點，同時該點位於網路中心附近。

4、CAN線遠離干擾源

遠離干擾源是最簡單的抗干擾方法，如果CAN線與強電干擾源遠離0.5米，干擾就基本影響不到了。可是在實際布線中，經常遇到空間太小而不得不和強電混在一起，如圖12所示，為某新能源汽車的驅動系統，CAN線與驅動線混在一起，結果導致干擾很大。只要與CAN並行的驅動線，具備2A/秒的電流變化，就會耦合出強磁場而導致CAN線上出現干擾脈衝。所以CAN線必須要和電流會劇烈變化的線纜遠離。比如繼電器、電磁閥、逆變器、電機驅動線等。