你了解CAN總線波形嗎？你知道是什么因素造成CAN信號不穩(wěn)定的嗎？本文將帶你探究影響CAN波形穩(wěn)定的罪魁禍首——邊沿臺階。

阻抗匹配是指信號源或者傳輸線跟負載之間達到一種適合的搭配，阻抗匹配主要為了調整負載功率和抑制信號反射；然而，阻抗不匹配的現象在CAN總線網絡中隨處可見；如圖1所示，阻抗不匹配的將造成7個現象，其中最受關注的為上升沿和下降沿的臺階；下文將針對邊沿臺階的現象做詳細介紹。

圖1 阻抗不匹配波形

解釋邊沿臺階是怎么出現的，如何消除，對總線有何影響；

一、邊沿臺階的源頭

在CAN總線的網絡布局中，手牽手直線型拓撲是最理想最常規(guī)的布局；但是在實際現場中，經常會出現分支的現象。這里重點提一下，在計算CAN總線長度的時候，分支（從收發(fā)器端至總線）長度也要加上。為此我們做了分支過長的實驗，實驗中CAN總線中有三個CAN節(jié)點，主干線長度為15米，其中一個節(jié)點的分支長度為1米，波特率為250k的情況下進行通信。下圖為實驗的CAN波形圖，明顯可以看到上升沿和下降沿存在臺階現象，從而引起波特率變化，導致接收節(jié)點采樣出錯（也稱位寬錯誤）。

所以，邊沿臺階出現的源頭主要是CAN節(jié)點的分支，分支過長形成的反射就變強，將會導致位寬度失調的錯誤。ISO11898中只規(guī)定1M波特率下分支不超過0.3米，但是在其它情況下并沒有做聲明，這個便取決于現場工程師們的經驗。

二、消除邊沿臺階

邊沿臺階是造成錯誤波形的罪魁禍首，那么該如何消除邊沿臺階的現象呢？下文將從源頭以及補救措施上分別介紹一些可靠有效的方法。

1.減少分支長度

在CAN網絡布局的根源上解決問題的方式就是減少CAN節(jié)點的分支長度，從而降低信號反射，保證位寬的穩(wěn)定性。在上述實驗中，其它條件不變，只將分支長度減少為20cm；下圖為CAN波形圖，此時并沒有看到邊沿臺階的出現。由此可見，減少分支長度是消除邊沿臺階的最直接方式。

2.長分支上加適當電阻

在網絡布局無法改變，分支引起的信號反射必須存在的情況下。最實用的方法就是在長分支末端加上電阻，消除信號反射。同樣的在上述實驗中，在分支節(jié)點處加上一個200Ω的電阻，其它條件不變進行通信實驗。下圖為實驗的CAN波形圖，此時可以看到邊沿臺階已被消減，但是加了電阻之后差分電壓變小，注意差分電壓不得小于0.9V。這里值得一提的是：阻值大于500Ω的電阻吸收反射的能力很弱，所以在末端掛電阻的時候應小于500Ω。

3.縮短殘端

前面提到分支長度指的是從節(jié)點收發(fā)器至總線處的距離，在節(jié)點設計之初，應選擇TTL遠傳方式，因為TTL電平不受CAN電容影響，所以收發(fā)器應靠近接口擺放，以減少分支殘段的長度，建議控制在10cm以內，可以保證阻抗連續(xù)。

TTL遠傳最直接的方式就是將CAN收發(fā)器緊挨著CAN主干線放置，這樣就沒有分支長度。光纜星型拓撲結構便是使用這種方式，如下圖；CAN光纖收發(fā)器內置在盒子里面，使用TTL電平遠傳到另一個CAN光纖收發(fā)器，解決了節(jié)點隨意變化問題（節(jié)點任意上下電或插拔）。

4.消除負載集中

在布局較復雜的CAN網絡中，為了避免節(jié)點擺放集中導致反射疊加，建議相鄰節(jié)點的距離不得小于2cm，10m的電纜上所集中的設備最好不要超過4個，否則應加電容以吸收，并且此集中與下一個集中至少有10m的電纜距離。

同樣，在復雜網絡布局中，分支過長且不等的網絡，由于阻抗匹配困難，常使用集線器或中繼器進行分支；集線器和中繼器有獨立的控制器和MCU，將每段形成獨立的直線拓撲，如下圖。

5.屏蔽層分段接地

屏蔽層多點接地需要注意接地點電位，避免地回流影響信號質量。若屏蔽層太長可以采用分段屏蔽，單點接地方法，如下圖，就可以有效避免地回流的問題。

三、邊沿一致性測試

信號邊沿是反映信號質量好壞的重要指標。若信號下降邊沿變緩造成CAN信號波形一定程度的失真，導致收發(fā)器采樣出錯。參考主流車企的邊沿測試，一般把邊沿10%到90%所經歷的時間作為邊沿時間，仿真了DUT接入CAN網絡時可能會受到的容抗影響，以使測量結果更具有實際意義。分別在CANDT仿真的小電容、大電容負載的環(huán)境，對DUT的邊沿進行測量。

l測試目的：分別在小電容和大電容負載下測量CANH、CANL及CANDIFF信號位上升或下降時間；

l測試原理：測試原理如下圖，DUT往總線正常傳輸數據時，傳輸的數據幀是顯性位和隱性位的序列，即傳的數據中包含了上升、下降時間信息；