【CAN总线知识】为何总线“镰刀”波形频频发生?

导读

无论是CAN总线还是485总线，实际应用中经常会出现各种异常，常因总线组网后，波形边沿出现过缓、呈“镰刀”状的现象，导致数据丢失或出错，那么这现象前因后果大家是否真正的了解呢？

 案例一

1. CAN总线异常现象

我司某工业机器人客户反馈，使用SM1500的机器人控制板卡，在传输数据过程中出现丢帧的情况，如下图1，客户现场模拟的组网方式为31个节点的手拉手拓扑，通讯波特率为250kbps。

图1现场组网环境若总线收发器在使用过程中出现异常，一般会先从总线波形着手去分析原因。如图2，为客户组网的简要框图，我司使用CAN分析仪抓取了第31个节点处总线波形，发现波形边沿过缓，出现了“镰刀”状的现象，如下图3。

图2控制板卡组网简要框图

图3CAN总线“镰刀”波形总线波形出现“镰刀”状的现象通常是由于总线上存在过大电容起的，根据电容的充放电时间公式可知t=RC，其中R可看成总线接口内阻与终端电阻，C则是总线上的等效电容。如图4，总线等效电容Cj包括总线引脚对地电容Cj1与总线之间的电容Cj2，当总线电平由高变低时（压差变化），由于电容上的电压不能突变，那么电容Cj会分别通过内阻R内和终端电阻R终端放电。收发器内阻和终端电阻一般固定，当电容过大时，则放电时间变长，从而导致了总线波形边沿变缓。

图4总线等效电容放电原理框图

2. CAN接口电路原理与异常分析

SM1500 CAN接口电容一般只有几皮法，即使31个节点组网最多也不过上百皮法，配合终端电阻使用一般不会出现“镰刀”状波形。我司在检查客户CAN接口电路后发现存在TVS管、气体放电管等保护器件，如下图5。TVS管本身存在较大的结电容，一般在几百到上千皮法，当总线组网后结电容会累计增加，高速通讯的时候总线就有可能出现“镰刀”状波形。

图5控制板卡CAN接口保护电路

将总线接口保护电路的TVS3和TVS4去掉后组网，并测试第31个节点处波形发现仍呈“镰刀”状，但波形边沿迟缓程度减小，如图6，同时也没有再出现丢帧情况。最后再去掉TVS2后测试，“镰刀”状波形消失，如图7。对比去掉TVS管前后波形，边沿时间由1.3us减小至160ns，如图8。

图6去掉部分TVS管后总线波形

图7去掉全部TVS管后总线波形

图8去掉TVS管前后波形边沿时间对比

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