在CAN通信系統(tǒng)的故障排查過(guò)程中，常常遇到因邊沿緩慢而導(dǎo)致的通信錯(cuò)誤。

邊沿緩慢主要影響CAN網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，進(jìn)而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中的錯(cuò)誤幀增多。

以下通過(guò)一個(gè)實(shí)際案例對(duì)邊沿緩慢現(xiàn)象的成因進(jìn)行分析，并提供有效的排查與優(yōu)化建議。

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現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù)分析

圖 1展示了通過(guò)ZPS-CANFD采集的現(xiàn)場(chǎng)CAN網(wǎng)絡(luò)報(bào)文和波形數(shù)據(jù)。

從報(bào)文數(shù)據(jù)可以看出，所有的幀均為錯(cuò)誤幀，說(shuō)明CAN網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)了通信錯(cuò)誤。

結(jié)合波形數(shù)據(jù)觀察，發(fā)現(xiàn)CAN差分信號(hào)的波形邊沿十分緩慢，呈現(xiàn)出類(lèi)似鐮刀形狀。

這種緩慢的邊沿形態(tài)，會(huì)影響CAN通信中顯隱性電平的識(shí)別，進(jìn)而導(dǎo)致通信錯(cuò)誤的發(fā)生。

圖1：差分波形邊沿緩慢現(xiàn)象

通過(guò)對(duì)該波形的分析，發(fā)現(xiàn)邊沿的上升和下降時(shí)間都較長(zhǎng)，且波形中不再呈現(xiàn)理想的快速上升和下降。

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邊沿時(shí)間測(cè)量

通過(guò)ZPS的【總線邊沿測(cè)量】功能，測(cè)量了該CAN差分波形的上升和下降時(shí)間。

結(jié)果顯示：

• 上升時(shí)間約為300ns

• 下降時(shí)間約為600ns

圖2：差分波形邊沿時(shí)間測(cè)量結(jié)果

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原因排查

邊沿緩慢的現(xiàn)象，通常與CAN總線差分電平的充放電過(guò)程密切相關(guān)。

我們知道，當(dāng)CAN總線電平從低變高（上升沿）時(shí)，收發(fā)器的Q1、Q2導(dǎo)通，電容開(kāi)始充電；當(dāng)電平從高變低（下降沿）時(shí)，Q1、Q2斷開(kāi)，電容通過(guò)終端電阻放電。

由于電容的充放電需要一定的時(shí)間，電容值越大，充放電所需時(shí)間（即時(shí)間常數(shù)τ）越長(zhǎng)，導(dǎo)致波形的上升和下降時(shí)間增加。

根據(jù)電容充放電的時(shí)間常數(shù)公式：

當(dāng)電阻值（R）固定時(shí)，電容（C）越大，時(shí)間常數(shù)τ值就越大，進(jìn)而導(dǎo)致邊沿緩慢的現(xiàn)象。

通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)CAN網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)電路的檢查，發(fā)現(xiàn)收發(fā)器外圍電路中存在TVS管、氣體放電管等保護(hù)器件。

這些器件的結(jié)電容會(huì)影響總線的信號(hào)傳輸，尤其是當(dāng)選用結(jié)電容較大的TVS管時(shí)（如電容值在幾百到上千皮法范圍內(nèi)），會(huì)導(dǎo)致總線的電容增加，進(jìn)而在高速通信時(shí)產(chǎn)生邊沿緩慢的波形。

圖3：CAN總線充放電示意圖

圖4：CAN節(jié)點(diǎn)電路

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優(yōu)化措施與效果

針對(duì)上述問(wèn)題，優(yōu)化措施是將CAN節(jié)點(diǎn)收發(fā)器外圍電路中的TVS管去除。

去除TVS管后，再次進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集，觀察到波形和邊沿時(shí)間有了顯著改善。

具體表現(xiàn)為：

• CAN差分信號(hào)的上升時(shí)間從原來(lái)的300ns減少到30ns左右

• CAN差分信號(hào)的下降時(shí)間從原來(lái)的600ns減少到40ns左右

圖5：優(yōu)化后的CAN差分波形

圖6：優(yōu)化后CAN差分波形邊沿時(shí)間測(cè)量結(jié)果

通過(guò)去除結(jié)電容較大的保護(hù)器件，CAN網(wǎng)絡(luò)的邊沿緩慢現(xiàn)象得到了有效的改善，通信穩(wěn)定性也得到了顯著提升。

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CAN網(wǎng)絡(luò)邊沿緩慢原因排查建議

當(dāng)CAN網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)邊沿過(guò)于緩慢的現(xiàn)象時(shí)，可以從以下幾個(gè)方向進(jìn)行排查和優(yōu)化：

• 檢查CAN節(jié)點(diǎn)電路中的保護(hù)器件：確認(rèn)是否存在等效電容較大的保護(hù)器件（如TVS管、氣體放電管等）。選用結(jié)電容較小的保護(hù)器件，以減少對(duì)總線信號(hào)的影響。

• 檢查節(jié)點(diǎn)電路中的電容：檢查CAN節(jié)點(diǎn)電路是否存在過(guò)大的對(duì)地電容（如CAN對(duì)地電容、CANL對(duì)地、CANH對(duì)CANL的電容）。過(guò)大的電容會(huì)顯著降低信號(hào)的邊沿速度，影響通信的正常進(jìn)行。

• 檢查通信線纜的寄生電容：確保通信線纜的選擇合理，避免選用寄生電容過(guò)大的線纜。電纜的長(zhǎng)度和類(lèi)型也會(huì)影響信號(hào)的傳輸質(zhì)量。

• 優(yōu)化總線布局：在設(shè)計(jì)CAN總線時(shí)，盡量避免長(zhǎng)距離的連接，保持合理的總線長(zhǎng)度和節(jié)點(diǎn)間距，以減少寄生電容的影響。

通過(guò)上述排查和優(yōu)化措施，可以有效避免因邊沿緩慢引起的CAN通信錯(cuò)誤，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。