CAN是控制器局域網(wǎng)絡(luò)（ControllerAreaNetwork，CAN）的簡稱，由德國的BOSCH公司開發(fā)，并最終成為國際標(biāo)準(zhǔn)（ISO 11898），是國際上應(yīng)用最廣泛的現(xiàn)場總線之一。

CAN總線通過差模信號傳輸使得總線具有良好的抗干擾性能。由于總線具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，在軌道交通、汽車電子等行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用。伴隨著技術(shù)的升級和CAN節(jié)點(diǎn)的增加，對于經(jīng)典CAN最高1Mbps的波特率已經(jīng)不能滿足應(yīng)用需求。因此CAN FD協(xié)議應(yīng)運(yùn)而生，并在2016年正式寫入ISO 11898，將最高波特率提高到5Mbps。但是隨著新一代汽車智能化的快速發(fā)展，對CAN通信的速率的提升有了進(jìn)一步的要求，CiA（CAN in Automation）協(xié)會牽頭制定了CiA601-4的標(biāo)準(zhǔn)，定義了CAN FD SIC（Signal Improvement Capability）的要求，將通信速率提升到8Mbps，并在2024年正式寫入ISO 11898-2:2024國際標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)下一代的標(biāo)準(zhǔn)CAN XL也被進(jìn)一步明確，將CAN通信速率的上限提升到20Mbps，CAN的應(yīng)用場景也將進(jìn)一步拓寬。

作為國內(nèi)接口芯片的領(lǐng)行者和CiA協(xié)會的會員，思瑞浦可以為用戶提供全系列的CAN收發(fā)器產(chǎn)品，并持續(xù)大力投入緊跟行業(yè)的需求和發(fā)展方向，為用戶提供高可靠性、高性能、高性價(jià)比的解決方案。

思瑞浦的CAN收發(fā)器產(chǎn)品已被廣泛應(yīng)用于眾多的領(lǐng)域，我們也收集到了很多來自客戶實(shí)際應(yīng)用中比較常見的一些應(yīng)用相關(guān)疑問，本文將介紹常見的CAN總線應(yīng)用問題，并提供相應(yīng)的解決方法，以幫助您更好地理解和解決這些問題。

CAN芯片最低速率要求

CAN總線上的數(shù)據(jù)采用不歸零編碼方式，顯性和隱性同時(shí)傳送時(shí)，總線的結(jié)果值為顯性。而對于具有TXD顯性超時(shí)保護(hù)功能的CAN收發(fā)器，在TXD引腳顯性時(shí)間超過允許最大的時(shí)間tDOM后，發(fā)送器將被禁能，收發(fā)器輸出表現(xiàn)為隱性狀態(tài)，根據(jù)CAN協(xié)議（ISO 11898），除了錯(cuò)誤幀和過載幀（允許6個(gè)相等顯性位），CAN幀報(bào)文中在5個(gè)連續(xù)相等位后，發(fā)送器自動(dòng)插入一個(gè)與之互補(bǔ)的補(bǔ)碼位；接收時(shí)，這個(gè)填充位被自動(dòng)丟掉。例如，5個(gè)連續(xù)的高電平位后，CAN自動(dòng)插入一個(gè)低電平位。

因此TXD只允許最多11個(gè)連續(xù)的顯性位，最壞的情況是一個(gè)錯(cuò)誤幀緊接在5個(gè)連續(xù)的顯性位后，即tDOM的最小值要求收發(fā)器的最小位速率必須大于36.67kbps。

ISO 11898-2顯性超時(shí)要求

此外顯性超時(shí)保護(hù)功能可有效保護(hù)總線的正常通信，由于CAN總線顯性電平的“支配地位”，在CAN總線組網(wǎng)時(shí)，若有其中一個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)硬件或者軟件上的錯(cuò)誤，使控制器TXD引腳持續(xù)處于低電平，則會使總線電平持續(xù)保持在顯性狀態(tài)，總線上所有節(jié)點(diǎn)均不能正常通信，導(dǎo)致總線癱瘓。

若總線節(jié)點(diǎn)數(shù)量眾多，確定問題節(jié)點(diǎn)將是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)，TXD顯性超時(shí)后，發(fā)送器將被禁能，收發(fā)器輸出表現(xiàn)為隱性狀態(tài)，總線將不受該節(jié)點(diǎn)影響，從而保證總線的正常通信。收發(fā)器下一個(gè)顯性輸出只有在釋放了TXD后才可以產(chǎn)生。

思瑞浦推出的全系CAN收發(fā)器均支持TXD顯性超時(shí)保護(hù)功能，保證了總線通信的魯棒性。

采樣點(diǎn)設(shè)置錯(cuò)誤

采樣點(diǎn)是CAN控制器讀取總線電平并解釋各個(gè)比特位邏輯值的時(shí)間點(diǎn)。由于CAN報(bào)文的一個(gè)位時(shí)間由若干個(gè)Tq組成(CAN控制器的最小時(shí)間周期稱作時(shí)間份額Tq，它是通過對芯片晶振周期進(jìn)行分頻而得來的)，通常為8~25個(gè)，同時(shí)根據(jù)功能分為4個(gè)階段: 同步段、傳播段、相位緩沖段1和相位緩沖段2。

1個(gè)bit位的構(gòu)成

采樣點(diǎn)即為在某位時(shí)間內(nèi)讀取總線電平的時(shí)刻，采樣時(shí)刻的設(shè)置通過配置寄存器決定，對于同一CAN整車網(wǎng)絡(luò)，各個(gè)節(jié)點(diǎn)應(yīng)該盡量使用相同的采樣點(diǎn)位置，否則容易出現(xiàn)采樣錯(cuò)誤，進(jìn)而使整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的通信出現(xiàn)故障。

收發(fā)報(bào)文報(bào)文ID沖突

CAN總線是廣播類型的總線，所有的消息都以固定的格式發(fā)送。在總線空閑狀態(tài)下，任意節(jié)點(diǎn)都可以向總線上發(fā)送信息。最先向總線發(fā)送信息的節(jié)點(diǎn)獲得總線的發(fā)送權(quán)。當(dāng)多個(gè)節(jié)點(diǎn)同時(shí)向總線發(fā)送消息時(shí)，所發(fā)送消息的優(yōu)先權(quán)高的那個(gè)節(jié)點(diǎn)獲得總線的發(fā)送權(quán)。

所謂節(jié)點(diǎn)的優(yōu)先權(quán)是根據(jù)標(biāo)識符（Identifier以下稱為ID）決定。這里ID不是表示發(fā)送的目的地址，而是表示訪問總線的消息的優(yōu)先級，ID值越小優(yōu)先級越高。當(dāng)兩個(gè)以上的單元同時(shí)開始發(fā)送消息時(shí)，對各消息ID的每個(gè)位進(jìn)行逐個(gè)仲裁比較，仲裁獲勝（被判定為優(yōu)先級最高）的單元可繼續(xù)發(fā)送消息，仲裁失利的單元?jiǎng)t立刻停止發(fā)送而進(jìn)行接收工作。

仲裁過程示意

ID的大小決定了總線上節(jié)點(diǎn)沖突時(shí)各節(jié)點(diǎn)的發(fā)送順序，整車上通信的報(bào)文數(shù)量級在幾十甚至上百，如果這些報(bào)文的ID重復(fù)，總線上會出現(xiàn)錯(cuò)誤幀，因此在前期軟件設(shè)計(jì)階段需根據(jù)ECU設(shè)備的重要性定義好每個(gè)設(shè)備在組網(wǎng)中ID，并保證其ID在組網(wǎng)中的唯一性。

CAN總線組網(wǎng)問題

ISO11898-2中對高速CAN物理層進(jìn)行了規(guī)定，推薦CAN網(wǎng)絡(luò)采用總線形式的線性拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如下圖所示，線性拓?fù)銫AN網(wǎng)絡(luò)采用單一信道（總線）作為傳輸介質(zhì)，所有的站點(diǎn)通過相應(yīng)的硬件接口接到一條公共的總線上。線性拓?fù)渥杩蛊ヅ浔容^簡單，只需要在主干的兩端并上合適的終端電阻即可(2km內(nèi)通常為120Ω)。

線性拓?fù)?/p>

T型接線方式會存在由于分支長度以及分支長度的積累造成阻抗的不連續(xù)，因而接頭處產(chǎn)生信號“反射”的現(xiàn)象。反射的信號量由瞬態(tài)阻抗的變化量決定，變化量越大，反射就越嚴(yán)重。分支處產(chǎn)生的是負(fù)相反射，引起信號電平下沖，這種下沖可能會超過噪聲容限，造成誤觸發(fā)。為了避免這種情況發(fā)生，希望反射波盡快回到源端，也就是支線要盡可能短。在ISO11898-2中規(guī)定分支長度在1Mbps下不得大于0.3m，則可以穩(wěn)定運(yùn)行，如下圖。

組網(wǎng)拓?fù)湟?/p>

此外CAN總線長度與傳輸速率有關(guān)，在1Mbps速率下點(diǎn)對點(diǎn)通信總線最大長度為40m。實(shí)際線長與總線節(jié)點(diǎn)數(shù)量以及線材拓?fù)溆嘘P(guān)，需根據(jù)具體調(diào)試決定。

通信速度和最大總線長度的關(guān)系

關(guān)于思瑞浦

思瑞浦微電子科技（蘇州）股份有限公司（英文：3PEAK INCORPORATED，股票代碼：688536），公司始終堅(jiān)持研發(fā)高性能、高質(zhì)量和高可靠性的集成電路產(chǎn)品，包括信號鏈模擬芯片、電源管理模擬芯片和數(shù)模混合模擬前端，并逐漸融合嵌入式處理器， 為客戶提供全方面的解決方案。其應(yīng)用范圍涵蓋信息通訊、工業(yè)控制、新能源和汽車、醫(yī)療健康等眾多領(lǐng)域。