CAN总线节点防护如何设计

工程师在工业通讯现场最担心遇到什么？没错，就是通信干扰导致CAN总线的通讯异常。下面总结CAN隔离模块在使用中需要注意的细节，帮助大家搭建更可靠的CAN总线网络。

东西/原料

CTM1051KT隔离CAN模块
SP00S12浪涌防护模块
ZDS4054示波器

前级电源庇护电路设计

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模块的初级接口是面临节制旌旗灯号部门，供电电源凡是与CAN节制器或MCU连结一致，这种环境下电源端口建议增添10μF滤波电容。有些应用是模块的电源和总线一路传输过来，好比20个节点中每个节点的电源和CAN旌旗灯号线一路布线，节点共用一个电源，或模块没有零丁的稳压供电电源，这种环境必需为模块电源增添TVS庇护及滤波电容，而且确保电源与旌旗灯号共地，如下图1所示。
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后端接地电路设计

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一般在短距离，干扰小的场所，可将CAN收发器的CANG悬空处置。但在现实现场应用中CAN总线组网绝大大都采用屏障双绞线，此时需要对屏障层接地。若接地节点为金属机壳，且该节点的初级系统已经接地，这种环境下CAN端口的屏障层应该经由过程一个1000pF电容接地，电容耐压值大于模块隔离耐压。电路示意如图2所示。
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EMC庇护电路设计

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模块CAN接口面临总线，需要更高的浪涌及静电防护品级。CTM系列模块CAN接口裸机可承受±4kV静电及共模±2kV浪涌。若需要更高的品级可以增添浪涌防护电路。常用的有以下两种庇护电路，图3、图4中的TVS管等效结电容约为500~1000pF。还有一种更为简洁的防护电路，利用浪涌防护模块SP00S12模块，具体如图5所示。
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图3为桥式电路，特点是等效节点电容小，测量各线之间电容小于20pF，该电路合用于CAN总线节点数较多，通信速度较高的场所。
图4所示的通俗电路等效节点电容则更大，测量各线之间电容为800pF摆布，该电路合用于低速通信场所。
图5所示的SP00S12防护电路，电路设计简洁，节点电容较图4方案节点电容更小，故节点数目更多，撑持更高通信速度。CAN节点EMC机能可晋升至知足 IEC61000-4-5 浪涌差模±2kV，共模±4kV，IEC/EN 61000-4-2静电接触±8kV。
共模±4kV 浪涌品级要求。
共模电感：对总线共模干扰大，设备EMI要求高的场所，尤其是汽车行业的应用总线采用51μH的共模电感可有用解决问题。插手共模电感带来的问题即是引入谐振干扰。当收发器的总线旌旗灯号上升下降时候较短时，共模电感与总线分布电容发生谐振，影响通信，好比在CAN FD应用场所，这种谐振会影响总线的正常通信。图6为CTM1051KT模块采用ID段1Mbps，数据段2Mbps速度通信，插手庇护电路的波形，此中绿色为插手共模电感的波形，粉红色为无共模电感的波形。
除了总线分布参数带来的影响外，模块自己的CAN差分旌旗灯号也会影响谐振电压幅值。CAN收发器知足以下两个前提，可有助于降低谐振电压幅值。
1) CANH、CANL旌旗灯号要同步，且对称性好；
2) CANH、CANL组成的差分电压旌旗灯号上升、下降斜率小。
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现实组网毗连图

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通用CAN隔离模块大都有显性超时庇护，模块的最低波特率被限制为40kbps，模块组网时最大通信距离应为1公里。当总线通信最大波特率确定后，组网的总线长度及分支长度应不跨越图7限制。
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通俗应用组网可参考CTM系列隔离收发器数据手册中已经给出的保举组网体例，即采用单层屏障双绞线。下面给出采用双层屏障双绞线的参考组网体例，如图8所示。这种体例为三线传输体例，传输结果及抗干扰性最好。组网时双绞线外屏障层单点接大地，内屏障层及双绞线毗连每个收发器的CANG 、CANH、CANL，每个CAN节点的CANG经由过程1000pF电容接设备机壳。
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注重事项

输入电压不克不及跨越所划定规模值，不然可能会造当作永远性不成恢复的损坏
此参数仅限于 CAN 总线端口，CANH、CANL 或 CANG：测试时 CAN 总线端口均悬空，此中浪涌抗扰度采用开路电压 1.2/50μS，短路电流 8/20μS 组合波进行测试，源阻抗 2Ω。
此参数仅限于 CAN 总线端口，应用电路图中的大地必需毗连，浪涌抗扰度按非屏障对称通信线试验设置装备摆设进行测试。
如没有特别申明，本手册中的参数都是在 25℃，湿度 40%~75%，输入标称电压、CAN 接口 60Ω 负载下测得。