CAN中繼器常犯的錯(cuò)誤設(shè)計(jì)

 CAN中繼器是大型CAN網(wǎng)絡(luò)中經(jīng)常用到的設(shè)備，它可以延長傳輸距離，改變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和隔離干擾，但也增加了設(shè)計(jì)成本。有人說，只要2顆CAN收發(fā)器芯片就可以實(shí)現(xiàn)CAN中繼功能。到底行不行呢?

一、CAN收發(fā)器簡介

ISO 11898是一個(gè)使用CAN總線協(xié)議的汽車內(nèi)高速通訊國際標(biāo)準(zhǔn)。CAN收發(fā)器是協(xié)議中數(shù)據(jù)鏈路層和物理層的接口部分。常見的CAN收發(fā)器芯片有NXP(原Philips)的PCA82C250/251、TJA1050/1051等型號。由于PCA82C250和TJA1050總體的引腳和功能都兼容，所以我們下文以TJA1050為例。

二、2顆CAN收發(fā)器芯片的錯(cuò)誤方案分析

首先，簡單介紹一下TJA1050。如圖1，TJA1050一共有8個(gè)引腳，TXD為發(fā)送數(shù)據(jù)，RXD接收數(shù)據(jù)，VCC接5V電壓，GND接地。CANH和CANL為CAN的兩路差分輸出。8腳為CAN總線模式選擇，5腳為參考地。

圖1

RXD和TXD想必大家都非常熟悉，在RS-232協(xié)議中,只要把兩個(gè)設(shè)備的RS-232的TXD和RXD交叉連接，GND共地，兩個(gè)設(shè)備便可以實(shí)現(xiàn)通信。于是有人想到，如果把2顆TJA1050芯片的TXD和RXD也交叉連接，是否能實(shí)現(xiàn)中繼功能呢?

如圖2電路，看上去貌似可行，但是實(shí)際上此電路是無法使用的。

假如將此電路接入CAN總線，當(dāng)有顯性電平從TJA1050(A)進(jìn)入時(shí)，TJA1050(A)的RXD=0，同時(shí)TJA1050(B)的TXD=0，TJA1050(B)的CAN輸出顯性電平。由于芯片的自反饋，TJA1050(B)會(huì)讀入顯性電平將RXD=0，同時(shí)TJA1050(A)的TXD=0，如此持續(xù)下去。由于TJA1050有TXD腳的顯性保護(hù)功能(PAC8250無此功能)，當(dāng)超過允許最大的TXD顯性時(shí)間之后，CAN收發(fā)器將會(huì)被禁能。

圖2

三、CAN中繼器正確的設(shè)計(jì)方案

如圖4為CAN中繼器的硬件框圖，主要由MCU和CAN控制器、CAN收發(fā)器組成。MCU負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的緩存和轉(zhuǎn)發(fā)，CAN控制器將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成CAN幀格式，最終通過CAN收發(fā)器接入CAN網(wǎng)絡(luò)。大多的MCU已集成了CAN控制器在芯片內(nèi)，比如NXP的LPC2119。

圖3

CAN控制器和CAN收發(fā)器之間通過光耦隔離，CAN收發(fā)器驅(qū)動(dòng)采用帶隔離的DC-DC模塊。這樣，不僅實(shí)現(xiàn)了兩路CAN接口之間的電氣隔離，也實(shí)現(xiàn)了中繼器和總線的隔離。雖然這在一定程度上增加了中繼器硬件的復(fù)雜性和成本，但卻是值得的。或者可以用致遠(yuǎn)電子的CTM1051KT為代表的隔離CAN收發(fā)器，內(nèi)部包含隔離DC-DC、信號隔離電路、CAN總線收發(fā)電路、基礎(chǔ)的總線防護(hù)等。同傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)相比，CTM系列具備更高的集成度、更高的可靠性和更具競爭力的價(jià)格，能夠幫助使用者降低整體的設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)和采購成本。

圖4

四、智能CAN網(wǎng)橋中繼器

ZLG致遠(yuǎn)電子CAN隔離網(wǎng)橋中繼器集線器系列，具有2個(gè)或者4個(gè)電氣隔離的CAN總線接口，能實(shí)現(xiàn)CAN-bus網(wǎng)絡(luò)的中繼功能，能將不同速率的CAN網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)。主要應(yīng)用如下：

(1)使用該系列產(chǎn)品可達(dá)到增加負(fù)載節(jié)點(diǎn)和延長通信距離的作用，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中繼擴(kuò)容的功能;

(2)可獨(dú)立任意配置每個(gè)通道的通訊波特率，實(shí)現(xiàn)不同通信波特率的CAN網(wǎng)絡(luò)互聯(lián);

(3)該系列產(chǎn)品具有強(qiáng)大的ID過濾轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能，精確的驗(yàn)收ID配置使CAN總線的負(fù)荷降到最低。或者變化特定的ID和數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)去除干擾數(shù)據(jù)和區(qū)別不同設(shè)備的目標(biāo);

(4)具有強(qiáng)大的抗干擾能力，當(dāng)用戶的設(shè)備CAN受到強(qiáng)干擾導(dǎo)致死機(jī)或者損壞，接上該系列產(chǎn)品后，可以隔離干擾保護(hù)設(shè)備正常運(yùn)行。

圖5