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地鐵列車(che) CAN總線通訊信号質(zhi)量檢驗分析

 

軌(guǐ)道交通地鐵車輛(liang)中，目前已經大量(liàng)使用 CAN總線通訊。利(lì)用其出色的實時(shi)性與糾錯能力，提(ti)升了車輛各部件(jian)的控制效率和可(kě)靠性。但在地鐵運(yùn)營中，某些線路也(ye)會出現偶發的CAN通(tong)訊不暢，節點掉線(xian)情況。故廣州緻遠(yuan)電子的工程師攜(xie)帶 CANScope總線(xiàn)分析儀 赴某地(di)鐵線路，進行現場(chang)檢驗分析，如圖1所(suǒ)示。

圖(tú) 1 測試現場

現場(chǎng)總線拓撲結構：如(ru)圖 2所示，爲6節編組(zu)的地鐵車輛，其中(zhong)我們測試點位于(yú)空調控制器CAN接口(kou)位置，主要測試這(zhe)段CAN總線的信号通(tong)訊質量。

              

圖 2 地鐵車輛網(wǎng)絡拓撲圖

通過(guò)【眼圖時間測量】，對(dui)全部波形做眼圖(tú)，測量結果可見波(bo)形邊沿過緩，有部(bù)分波形上升沿有(yǒu)較大的振鈴，下降(jiang)沿有較大的地彈(dàn)現象，說明總線上(shang)有信号不連續的(de)部分。差分電平幅(fu)值爲 1.5V小于标準的(de)2.0V的ISO11898-2标準。

 

圖 3 眼(yan)圖位寬幅值測量(liang)

1.空調發(fa)出波形的分析

從空調發出的 CAN幀(zhēn)ID爲：0x331,0x332,0x333，選取其中一個(ge)ID爲0x331的報文，波形如(ru)圖4所示。可見有差(chà)分電平有明顯的(de)“地彈”現象。

圖 4 幅值分析(xī)

将 ID爲0x331,0x332,0x333的幀波形(xing)做眼圖，如圖5所示(shì)。可清晰看到CAN波形(xing)幅值爲1.5V（那些高幅(fú)值的是和其他幀(zhen)仲裁時擡高的）。

圖 5 空調(diào)發出波形的眼圖(tú)

分析： CAN差分波形(xíng)邊沿陡峭，邊沿清(qing)晰，但幅值隻有1.5V，比(bǐ)标準CAN差分電平（兩(liang)個120歐終端電阻時(shi)）的2.0V少0.5V，有兩種可能(neng)：

·  （1）此CAN接(jie)口上CANH和CANL上可能各(gè)串聯了10歐左右的(de)電阻，與兩個并聯(lián)的120歐産生分壓，讓(ràng)實際發出的波形(xíng)隻有1.5V；1、帶功放的電(dian)路，并通過使能端(duān)控制其工作；

·  （2）本網絡中(zhōng)終端電阻多添加(jia)了1個120歐，即總線中(zhōng)有3個120歐電阻，導緻(zhi)電壓幅值降低到(dao)1.5V。

從波形看，還有(you)很明顯的 “地彈”現(xian)象，說明空調CAN接口(kou)位置阻抗不連續(xù)。有可能其位置是(shì)實際的終端，但終(zhong)端電阻不在它上(shàng)面，或者其位置爲(wei)較長分支的末端(duān)。

2.CAN主控發(fā)出的波形

CAN主控發出的CAN幀(zhēn)ID爲0x200,0x231。選取其中一個(gè)ID爲0x200的報文，波形如(rú)圖6所示

 

圖 6 CANopen主(zhǔ)控發出的波形

将 ID爲0x200,0x231的幀波形做(zuò)眼圖，如圖7所示。可(kě)清晰看到從CAN主控(kong)發出的CAN波形到達(da)空調CAN接口時的幅(fu)值爲1.8V（測量點在網(wǎng)卡這邊，那些高幅(fú)值的是和其他幀(zhēn)仲裁時擡高的）。上(shang)升沿緩，下降沿有(yǒu)波形駐留。

 

圖(tú) 7CANopen主控發出的波形(xing)眼圖

分析：測試(shì)點測出的差分電(diàn)平幅值爲 1.8V，也比标(biao)準的2.0V少0.2V，可能是CAN主(zhǔ)控在CANH和CANL上也串聯(lian)了電阻，或者是傳(chuán)輸導線、接頭有一(yi)定的壓降導緻。

CAN差分波形(xing)上升沿緩慢說明(míng)從CAN主控到空調CAN接(jiē)口的導線阻抗較(jiao)大。下降沿有波形(xing)駐留，也是因爲空(kōng)調CAN接口其位置是(shi)實際的終端，但終(zhong)端電阻不在它上(shang)面，或者其位置爲(wèi)較長分支的末端(duān)。

3.實際接(jiē)終端電阻位置的(de)節點

如圖 8所示(shi)。爲實際接了終端(duān)電阻的節點波形(xing)。

 

圖 8 CAN幀ID爲0x30E的波(bo)形

對其做眼圖(tu)如圖 9所示。

 

圖(tu) 9 CAN幀ID爲0x30E的眼圖

分(fen)析：通過眼圖看，其(qi)下降沿陡峭下降(jiang)到 0，但随即發生“地(di)彈”，說明其上面安(ān)裝了終端電阻，但(dàn)它不是實際的終(zhong)端，而從實際終端(duān)反射過來的波導(dǎo)緻“地彈”。

綜上所(suo)述

·  （1）系(xì)統的CAN波形存在比(bi)較嚴重的“地彈”現(xiàn)象，有導緻位錯誤(wu)的風險。通過前面(mian)的分析，是由于阻(zǔ)抗不連續導緻。而(ér)産生阻抗不連續(xu)，是總線終端電阻(zǔ)安裝位置錯誤；

·  （2）空調CAN接(jie)口上串聯過大的(de)電阻導緻分壓。差(cha)分電壓幅值隻有(yǒu)1.5V，容易在溫度變化(huà)、線路老化或者電(diàn)壓波動時，導緻位(wei)錯誤甚至通訊不(bu)上。請控制串聯電(dian)阻不要大于5.1歐；

·  （3）傳輸導(dǎo)線或者接頭阻抗(kàng)過大。導緻上升斜(xié)率過緩，隻有3.55V/us，遠低(di)于16V/us的規範值，容易(yi)在溫度變化或者(zhě)長期運行時，導緻(zhi)重同步失敗的位(wei)錯誤或者CRC校驗錯(cuo)誤，甚至無法通訊(xùn)。請檢查傳輸導線(xiàn)規格，與接頭電阻(zu)，保證阻抗小于0.02歐(ou)/m（或者等效爲線徑(jing)爲1.0mm2以上的屏蔽雙(shuāng)絞線）。