在CAN總線通信中，CAN收發(fā)器（Transceiver）扮演著至關(guān)重要的角色——它就像一位“翻譯官”，負(fù)責(zé)將微控制器（MCU）的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為總線上的差分信號(hào)，同時(shí)把總線信號(hào)翻譯回MCU能理解的邏輯電平。今天，我們就來(lái)深入探討CAN收發(fā)器的工作原理、行業(yè)應(yīng)用以及相關(guān)參數(shù)測(cè)量方法！

CAN收發(fā)器的定義

CAN收發(fā)器是一種物理層接口芯片，位于CAN控制器（MCU）和CAN總線之間，如圖1所示，主要功能包括：

發(fā)送方向：將MCU的TX數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為差分信號(hào)（CAN_H / CAN_L），并驅(qū)動(dòng)總線；

接收方向：檢測(cè)總線上的差分信號(hào)，轉(zhuǎn)換為MCU可識(shí)別的RX數(shù)字信號(hào)；

電氣隔離：提供抗干擾能力，保護(hù)MCU免受總線上的浪涌、EMI等影響。

圖1 收發(fā)器工作示意圖

工作原理：信號(hào)如何“翻譯”？

發(fā)送過(guò)程（MCU →總線）：MCU通過(guò)TX引腳發(fā)送邏輯信號(hào)（0或1）。收發(fā)器將邏輯信號(hào)轉(zhuǎn)換為差分電壓：顯性電平（邏輯0）：CAN_H ≈ 3.5V，CAN_L ≈ 1.5V（差分電壓≈2V）；隱性電平（邏輯1）：CAN_H ≈ 2.5V，CAN_L ≈ 2.5V（差分電壓≈ 0V）。差分信號(hào)通過(guò)總線傳輸，抗干擾能力更強(qiáng)。接收過(guò)程（總線→ MCU）：收發(fā)器檢測(cè)總線上的差分電壓（CAN_H - CAN_L）。收發(fā)器將邏輯信號(hào)轉(zhuǎn)換為差分電壓：若差分電壓≥ 0.9V，判定為顯性電平（邏輯0）；<0.5V為隱性電平（邏輯1）。通過(guò)RX引腳將信號(hào)傳遞給MCU。
CAN收發(fā)器的必要性：CAN收發(fā)器不僅是簡(jiǎn)單的“數(shù)模轉(zhuǎn)換器”，更是總線網(wǎng)絡(luò)的“物理層守護(hù)者”，其功能直接關(guān)系到抗干擾能力、功耗、安全性和魯棒性。在汽車(chē)、工業(yè)等嚴(yán)苛環(huán)境中，收發(fā)器的這些特性往往是系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵。電氣隔離與保護(hù)：關(guān)鍵作用：確保總線在惡劣環(huán)境（如汽車(chē)、工業(yè)）下的可靠通信。

• ESD保護(hù)（±8kV以上）防止靜電損壞；
  
• 共模電壓抑制（如±12V），容忍節(jié)點(diǎn)間地電位差異；
  
• 抗瞬態(tài)干擾（通過(guò)ISO 7637標(biāo)準(zhǔn)），抵御電源突波、浪涌等。

信號(hào)完整性與穩(wěn)定性優(yōu)化：關(guān)鍵作用：避免信號(hào)失真，降低通信錯(cuò)誤率。

• 斜率控制：調(diào)節(jié)信號(hào)邊沿速率，減少EMI輻射（如TJA1050的靜默模式）；
  
• 差分信號(hào)整形：消除抖動(dòng)，確保CAN_H/CAN_L的對(duì)稱性；
  
• 顯性/隱性電平嚴(yán)格匹配（如顯性≥0.9V，隱性≤0.5V）。

故障檢測(cè)與系統(tǒng)安全：關(guān)鍵作用：防止節(jié)點(diǎn)故障導(dǎo)致整個(gè)網(wǎng)絡(luò)癱瘓。

• 總線短路保護(hù)（對(duì)地、對(duì)電源、線間短路）并自動(dòng)進(jìn)入安全模式；
  
• 顯性超時(shí)保護(hù)（Dominant Timeout）：防止節(jié)點(diǎn)軟件故障持續(xù)占用總線；
  
• 熱關(guān)斷：高溫時(shí)自動(dòng)禁用輸出，保護(hù)芯片。
  

如何測(cè)量CAN收發(fā)器相關(guān)參數(shù)？

收發(fā)器模擬信號(hào)采集與分析：ZPS-CANFD總線分析儀支持CAN、CANFD總線底層電氣信號(hào)的采集，將CANH、CANL以及CANDiff的波形直觀地展示在軟件界面上，通過(guò)對(duì)波形的觀察，能夠?qū)偩€的信號(hào)質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估以及故障定位，如圖2所示：

圖2 物理層電氣信號(hào)

除此之外，ZPS-CANFD還可以對(duì)采集的波形進(jìn)行分析，包括電平、邊沿和對(duì)稱性分析。如圖3所示，能夠?qū)崿F(xiàn)CANDiff、CANH、CANL電平的測(cè)量以及顯隱性SYM的測(cè)量：

圖3 總線電平和對(duì)稱性分析

如圖4所示，可以實(shí)現(xiàn)CANH、CAHL和CANDiff波形的上升、下降時(shí)間測(cè)量：

圖4 總線邊沿測(cè)試

收發(fā)器延遲測(cè)量：ZPS-CANFD總線分析儀，有兩路DSO通道，可以將收發(fā)器的Rx和Tx信號(hào)通過(guò)DSO通道接入ZPS。因此，我們可以通過(guò)對(duì)Rx和Tx信號(hào)的接收，直接測(cè)量收發(fā)器內(nèi)部的時(shí)序，如圖5所示，為收發(fā)器時(shí)序特性測(cè)量界面，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)收發(fā)器延遲的測(cè)量。

圖5 收發(fā)器延遲測(cè)量

總結(jié)

CAN收發(fā)器作為連接CAN控制器與物理總線的核心接口，承擔(dān)著邏輯信號(hào)與差分電平轉(zhuǎn)換、總線驅(qū)動(dòng)、故障保護(hù)等關(guān)鍵功能，其性能直接影響通信質(zhì)量和系統(tǒng)可靠性。

ZPS-CANFD總線分析儀可全面監(jiān)測(cè)收發(fā)器相關(guān)參數(shù)，包括差分電平、信號(hào)完整性、總線阻抗匹配等電氣特性，實(shí)時(shí)診斷短路、斷路等物理層故障，并通過(guò)眼圖分析、容錯(cuò)測(cè)試等手段評(píng)估收發(fā)器的抗干擾能力與穩(wěn)定性。

兩者的結(jié)合不僅能夠快速定位通信異常根源，還能優(yōu)化收發(fā)器配置，顯著提升CAN/CAN FD網(wǎng)絡(luò)的可靠性和魯棒性，為汽車(chē)電子、工業(yè)控制等領(lǐng)域的開(kāi)發(fā)和維護(hù)提供強(qiáng)有力的支持。