CAN總線干擾定位與干擾排除的幾個方法
目前，國內(nèi)機動車保有量已經(jīng)突破三億大關(guān)。由于大量的燃油車帶來嚴峻的環(huán)境問題，因此全面禁售燃油車的日程在全世界范圍內(nèi)被提起。國內(nèi)新能源汽車動力以鋰電池為主，整個行業(yè)已經(jīng)進入高速發(fā)展階段。我們注意到，除新能源車、充電樁之外無人駕駛、智慧停車等延伸行業(yè)也步入快速發(fā)展期。上述行業(yè)都有一個共同點——使用CAN總線，因此，CAN總線的應用問題始終貫穿在新能源行業(yè)的發(fā)展中。
圖1 CAN總線應用行業(yè)
新能源汽車中的CAN總線故障可從兩個方面考慮，即通信應用層和物理層。應用層的問題比較依靠軟件的抓包或仿真，而物理層則更依賴硬件的測試和模擬。在物理層，CAN總線故障的誘因集中在以下幾個方面：干擾問題、網(wǎng)絡拓撲問題、總線容抗阻抗控制、節(jié)點設(shè)計規(guī)范及一致性等。本片文章重點為大家介紹干擾問題及干擾解決，對其他問題感興趣的讀者請關(guān)注致遠電子微信公眾號，在公眾號中搜索關(guān)鍵字以查找相關(guān)內(nèi)容。
圖2 保證CAN穩(wěn)定的核心設(shè)計
如何進行CAN總線物理層的干擾定位呢？我們需要借助專業(yè)的干擾分析工具——頻譜分析，CANScope是專業(yè)的CAN總線分析工具，其FFT分析功能可以對CAN_L、CAN_H、CAN_差分、CAN_共模分別測試，定位干擾頻點。一般地，CAN總線應用在工業(yè)通訊時干擾來源不固定，特別依賴此類頻點分析工具，而當CAN總線應用于新能源汽車時其干擾源比較單一，多來源于電機驅(qū)動器，此時分析儀可做整改前、整改后的驗證工具。圖4是FFT分析功能的實際測試案例，CANScope通過FFT頻譜分析統(tǒng)計定位到干擾源頻率與逆變器頻率吻合。
圖3 被干擾后的CAN總線波形
定位到干擾后如何進行干擾排除呢？我們從干擾的來源入手。干擾的來源有兩個，傳導與輻射。針對傳導過來的干擾，我們采取隔離的方式阻斷干擾傳播；針對輻射過來的干擾，我們采取屏蔽方式隔絕干擾傳播。
隔離方案，在CAN收發(fā)器總線端加光耦或磁耦器件，同時為CAN收發(fā)器提供隔離供電，這種隔離方式常被稱作分立器件式隔離方案，如圖5。對于一些對體積、防護等級、穩(wěn)定性要求高的場合，一體式隔離方案是最優(yōu)選擇。在新能源客車中，大功率空調(diào)壓縮機系統(tǒng)市場干擾到總線通信導致空調(diào)功能異常，準車規(guī)級的CTM1051(A)HQ （圖6）在此類場景下有廣泛應用。
圖5 分立器件隔離方案
圖6 準車規(guī)級CAN總線隔離模塊CTM1051(A)HQ
以上討論的隔離都是板級隔離，適用于車型開發(fā)階段，如果由干擾導致的故障出現(xiàn)在車輛出廠后或者售后階段，隔離方式請使用CAN隔離網(wǎng)橋。
圖7 CANBridge+在總線隔離中的應用
屏蔽方案，選擇的CAN通訊線纜應具備至少一層可靠的屏蔽層，并且保證最外層屏蔽層通過單點接到參考地。如果遇到屏蔽層不可避免從中間某處截斷，則應針對每一段做單點接地處理，如圖8。
圖8 屏蔽層單點接地處理
除屏蔽層外，通信線的橫截面積、直流阻抗值、寄生容抗、單位長度的雙絞數(shù)等參數(shù)都會影響到通信質(zhì)量，如何平衡成本與通信距離間的關(guān)系，本文提供圖10數(shù)據(jù)供讀者參考。
圖9 CAN總線專用雙絞屏蔽線
圖10 CAN總線線材參數(shù)與通訊距離
