CAN-bus家族中有三大成員，分別是高速CAN、容錯(cuò)CAN、單線CAN。其中容錯(cuò)CAN又叫低速CAN，它與最常用的高速CAN有什么異同呢?這里將與大家分享下對(duì)容錯(cuò)CAN的認(rèn)識(shí)。

一、容錯(cuò)CAN的起源

1986年Bosch在SAE(汽車(chē)工程人員協(xié)會(huì))大會(huì)上提出CAN總線概念，CAN總線率先在汽車(chē)電子行業(yè)孕育。隨后的1987年Intel推出第一片CAN控制器芯片82526，由此點(diǎn)亮CAN總線發(fā)展的星星之火。六年之后CAN國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO11898/ISO11519發(fā)布，CAN總線在通信領(lǐng)域的燎原之勢(shì)由此展開(kāi)。

圖1 CAN總線應(yīng)用行業(yè)

ISO11898是高速CAN的標(biāo)準(zhǔn)，ISO11519是低速CAN的標(biāo)準(zhǔn)。起初，高速CAN數(shù)據(jù)鏈路層和物理層都在標(biāo)準(zhǔn)ISO11898中規(guī)定，后來(lái)被拆分為ISO11898-1(僅涉及數(shù)據(jù)鏈路層)和ISO11898-2(僅涉及物理層)。其中標(biāo)準(zhǔn)ISO11519-2-1994已經(jīng)在2006年被ISO11898-3-2006代替了,也就是說(shuō)符合標(biāo)準(zhǔn)ISO11898-3的產(chǎn)品也是支持符合ISO11519-2標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。

圖2 CAN標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展歷程

二、容錯(cuò)CAN與高速CAN的異同

與高速CAN一樣，容錯(cuò)CAN也是使用使用差分雙絞線傳輸，包含CAN_H、CAN_L、GND三根線，在嚴(yán)格的工業(yè)應(yīng)用場(chǎng)合同樣要求使用專用的屏蔽雙絞線并加必要的防護(hù)電路。如圖3，以O(shè)SI7層通信模型為例，其實(shí)CAN總線標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范了部分物理層、傳輸層及全部數(shù)據(jù)鏈路層規(guī)則，而應(yīng)用層、表示層、會(huì)話層、網(wǎng)絡(luò)層未做任何規(guī)范。高速CAN與容錯(cuò)CAN在數(shù)據(jù)鏈路層內(nèi)容是相同的，因此它們?cè)谖粋鬏敃r(shí)序、位仲裁、錯(cuò)誤、校驗(yàn)、幀結(jié)構(gòu)等是沒(méi)有區(qū)別的。

圖3 容錯(cuò)CAN與高速CAN標(biāo)準(zhǔn)化部分

不同點(diǎn)在物理層的定義，圖4是ISO11898與ISO11519-2電信號(hào)數(shù)據(jù)對(duì)比。從圖中可以看到，高速CAN最大通信速率為1Mbps，容錯(cuò)CAN最大通信速率為125Kbps，且在理論連接節(jié)點(diǎn)數(shù)方面高速CAN要大于容錯(cuò)CAN。兩者在物理層最大的差別在于CAN_H、CAN_L顯隱性時(shí)的電平值。因此容錯(cuò)CAN與標(biāo)準(zhǔn)的高速CAN設(shè)備之間不能直接通信，必須要加入CANBridge1054轉(zhuǎn)接板。

圖4 容錯(cuò)CAN與高速CAN電信號(hào)數(shù)據(jù)對(duì)比

三、容錯(cuò)CAN的優(yōu)缺點(diǎn)

雖然容錯(cuò)CAN通信速率低、承載節(jié)點(diǎn)數(shù)少，但容錯(cuò)CAN有它無(wú)可替代的優(yōu)勢(shì)。根據(jù)圖4中的電平信號(hào)數(shù)據(jù)，我們繪制出兩者正常工作時(shí)的信號(hào)波形。從圖5可以看出CAN_H、CAN_L的電平在顯隱性變化時(shí)變化高達(dá)2.25V，而高速CAN電平變化僅為1V，這也就意味著容錯(cuò)CAN比高速CAN有更高的抗干擾性。

圖5 容錯(cuò)CAN與高速CAN信號(hào)波形對(duì)比

除此之外，容錯(cuò)CAN能在CAN_H或CAN_L出現(xiàn)短路、斷路時(shí)保證通信正常。容錯(cuò)CAN收發(fā)器會(huì)自動(dòng)識(shí)別總線狀態(tài)，根據(jù)總線狀態(tài)調(diào)整接收器的接收模式，這也算是“容錯(cuò)CAN”名稱的由來(lái)。圖6是容錯(cuò)CAN收發(fā)器在不同情況下收發(fā)狀態(tài)的調(diào)整情況。

圖6 容錯(cuò)CAN多模式工作狀態(tài)

注1：75μA下拉電流源功能注2:75μA上拉電流源功能

四、容錯(cuò)CAN應(yīng)用電路

圖7為經(jīng)典的CTM1054T容錯(cuò)CAN收發(fā)模塊為例，它采用灌封工藝并具有極低的電磁輻射和高抗電磁干擾特性。完全符合ISO11898-3標(biāo)準(zhǔn)，單網(wǎng)絡(luò)最大節(jié)點(diǎn)數(shù)達(dá)到32個(gè)。

圖7 容錯(cuò)CAN收發(fā)模塊CTM1054T

容錯(cuò)CAN節(jié)點(diǎn)電路設(shè)計(jì)與常見(jiàn)的高速CAN節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)不同，需要注意的是終端電阻的接法。一般場(chǎng)合下，模塊接上電源，端口和CAN控制器及CAN網(wǎng)絡(luò)總線連接，RTH、RTL分別連接終端電阻至CANH、CANL，如圖8。

圖8 經(jīng)典容錯(cuò)CAN節(jié)點(diǎn)電路設(shè)計(jì)

單個(gè)CAN-bus典型網(wǎng)絡(luò)如圖9，單總線網(wǎng)絡(luò)最長(zhǎng)通訊距離1km。如果需要接入更多節(jié)點(diǎn)或更長(zhǎng)通訊距離時(shí)，可通過(guò)CAN中繼器等設(shè)備擴(kuò)展。

容錯(cuò)CAN收發(fā)器在總的終端電阻為100Ω時(shí)，有最優(yōu)的系統(tǒng)性能。容錯(cuò)CAN總線終端電阻配置時(shí)先確定整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)，每個(gè)收發(fā)器都提供總100Ω終端的一部分，并不要求每個(gè)收發(fā)器都有相同的終端電阻，但總的終端應(yīng)該是100Ω。比如總線中有5個(gè)容錯(cuò)CAN節(jié)點(diǎn)，接到網(wǎng)絡(luò)上的10個(gè)電阻阻值均應(yīng)為500Ω;若總線中有10個(gè)容錯(cuò)CAN節(jié)點(diǎn)，接到網(wǎng)絡(luò)上的20個(gè)電阻阻值均應(yīng)為1000Ω。由于容錯(cuò)CAN終端電阻配置的這種特殊性，只要節(jié)點(diǎn)數(shù)確定，可根據(jù)需求隨意使用星形、樹(shù)形等總線拓?fù)洹?/p>

圖9 容錯(cuò)CAN總線網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

容錯(cuò)CAN在非常適合應(yīng)用在低速、高可靠性的工業(yè)場(chǎng)合，當(dāng)節(jié)點(diǎn)數(shù)固定時(shí)，它能適應(yīng)多種復(fù)雜總線拓?fù)洹?/p>