摘要：現(xiàn)代汽車(chē)越來(lái)越多地采用電子裝置控制，如發(fā)動(dòng)機(jī)的定時(shí)、注油控制，加速、剎車(chē)控制以及復(fù)雜的抗鎖定剎車(chē)系統(tǒng)等。這些電子控制單元（ECU）需要檢測(cè)以及交換各種大量數(shù)據(jù)，CAN總線可以很好解決這一數(shù)據(jù)傳輸和交換等問(wèn)題。本文針對(duì)CAN總線的通信接口的抗干擾處理推薦了CAN總線隔離收發(fā)模塊的解決方案。

關(guān)鍵詞：CAN總線、汽車(chē)電子、CAN總線隔離收發(fā)模塊

一、引言

為了滿(mǎn)足汽車(chē)的安全性、乘坐的舒適性以及駕駛的便捷和人性化，尤其是低排放和低油耗等要求，越來(lái)越多的電子傳感、檢測(cè)、控制技術(shù)應(yīng)用于汽車(chē)行業(yè)中，如何高效處理這些電子設(shè)備的數(shù)據(jù)之間的交換與通訊以及減少通訊過(guò)程中的線速進(jìn)而減小整車(chē)質(zhì)量與布線難度，成為汽車(chē)電子行業(yè)的瓶頸。CAN總線在汽車(chē)電子行業(yè)的應(yīng)用，標(biāo)志著該行業(yè)向著網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。

20世紀(jì)80年代德國(guó)Bosch公司開(kāi)發(fā)CAN總線，CAN總線即控制區(qū)局域網(wǎng)絡(luò)其英文名為ControllerAreaNetwork,主要應(yīng)用于汽車(chē)的監(jiān)控與控制設(shè)計(jì)。具有以下特性：

●低成本的現(xiàn)場(chǎng)總線，只需要一條雙絞線，可減少現(xiàn)場(chǎng)布線成本與難度；

●極高的總線利用率，多組工作方式；

●很遠(yuǎn)的數(shù)據(jù)傳輸距離(長(zhǎng)達(dá)10km)；

●高速的數(shù)據(jù)傳輸速率(高達(dá)1Mbps)，數(shù)據(jù)交換及時(shí)；

●可根據(jù)報(bào)文的ID決定接收或屏蔽該報(bào)文，減少總線通訊時(shí)間；

●可靠的錯(cuò)誤處理和檢錯(cuò)機(jī)制，保證通訊質(zhì)量可靠；

●發(fā)送的信息遭到破壞后，可自動(dòng)重發(fā)；

●節(jié)點(diǎn)在錯(cuò)誤嚴(yán)重的情況下具有自動(dòng)退出總線的功能，防止總線崩潰；

●報(bào)文不包含源地址或目標(biāo)地址，僅用標(biāo)志符來(lái)指示功能信息、優(yōu)先級(jí)信息；

由于CAN總線具有高效可靠性，一經(jīng)產(chǎn)生便得到了廣泛應(yīng)用。目前具有多種基于CAN總線的協(xié)議產(chǎn)生，如SAEJ1939、SAE2248等。CAN總線的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)汽車(chē)內(nèi)部的數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理與數(shù)據(jù)共享，滿(mǎn)足了汽車(chē)電子控制器方面的網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展需求。

二、汽車(chē)電子控制系統(tǒng)構(gòu)成

現(xiàn)代汽車(chē)主要的ECU單元如圖1所示，整車(chē)的通訊單元主要由兩條總線構(gòu)成：高速總線、低速總線。高速CAN總線主要是用于驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和安全系統(tǒng)兩部分，通訊速率一般高達(dá)500kb/s，面對(duì)的主要是實(shí)時(shí)性要求

圖1.汽車(chē)電子控制單元結(jié)構(gòu)圖

較高的控制單元，如發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)、ABS防爆系統(tǒng)等汽車(chē)安全性能系統(tǒng)。低速CAN總線主要用于舒適系統(tǒng)和車(chē)身系統(tǒng)等部分，通訊的速率比較低，只有100kb/s，面對(duì)的主要是實(shí)時(shí)性要求不高的控制單元，如車(chē)門(mén)防盜、燈光控制系統(tǒng)、娛樂(lè)系統(tǒng)等汽車(chē)車(chē)身控制系統(tǒng)。對(duì)于一些高級(jí)轎車(chē)，甚至有專(zhuān)門(mén)的低速語(yǔ)音娛樂(lè)總線，用以提高坐車(chē)的舒適度。

汽車(chē)各個(gè)控制ECU通過(guò)CAN總線進(jìn)行通訊如圖2所示，在進(jìn)行CAN總線通訊時(shí)除了要解決好電磁屏蔽之外和端口匹配防反射電阻外，還需要解決各種ECU或者儀表的“地”問(wèn)題，即信號(hào)參考點(diǎn)的電位差。因?yàn)椴煌珽CU、儀表的信號(hào)要互傳互送，那就存在信號(hào)參考點(diǎn)問(wèn)題，換句話說(shuō)，要使信號(hào)完整傳送，理想化的情況是所有ECU、儀表的信號(hào)只能有一個(gè)共同的參考點(diǎn)，即所有ECU儀表信號(hào)的參考點(diǎn)之間電位差為“零”。但是在實(shí)際環(huán)境中，這一點(diǎn)幾乎是不可能的，這里面除了各個(gè)ECU、儀表“地”之間的連線電阻產(chǎn)生的電壓降之外，尚有各種ECU、儀表在不同環(huán)境受到的干擾不同，以及各個(gè)通訊接點(diǎn)等接觸質(zhì)量不同等諸多因素，致使各個(gè)“地”之間有差別，影響了通訊質(zhì)量。并且CAN接口都有共模電壓的限值，需要設(shè)計(jì)者考慮這一參數(shù)的影響。為了信號(hào)傳輸?shù)目煽颗c穩(wěn)定，必須要考慮各個(gè)信號(hào)端口的隔離處理，來(lái)消除ECU、儀表接入系統(tǒng)后的“地”電位差和共模噪聲干擾的問(wèn)題。

目前，采用電氣隔離方案是解決“地”電位差的有效方法：即單獨(dú)的ECU單元與外部總線通訊采用隔離方式進(jìn)行通訊，切斷總線與ECU單元之間共地的耦合路徑。金升陽(yáng)CAN總線隔離收發(fā)模塊可以很好地解決各個(gè)ECU之間和儀表之間的“地”電位差的問(wèn)題；供電部分采用電磁進(jìn)行隔離，專(zhuān)門(mén)的電源降功耗處理，可降低模塊的表面溫度，延長(zhǎng)使用壽命；信號(hào)傳輸部分采用專(zhuān)用的電磁芯片替代傳統(tǒng)的光耦方案，可顯著改善光耦由于長(zhǎng)久使用帶來(lái)的光衰問(wèn)題，更可靠。

圖2.CAN隔離收發(fā)模塊連接示意圖

三、CAN總線隔離收發(fā)模塊的應(yīng)用

金升陽(yáng)CAN隔離收發(fā)模塊是集成收發(fā)芯片、隔離芯片及DC/DC隔離電源于一體的接口隔離收發(fā)模塊，可完全取代傳統(tǒng)的光耦隔離方案。過(guò)去需要收發(fā)芯片+隔離芯片/光耦/+隔離電源才能實(shí)現(xiàn)的整個(gè)隔離收發(fā)方案，現(xiàn)在僅需要采用一個(gè)CAN隔離收發(fā)模摸便可輕松實(shí)現(xiàn)，大大簡(jiǎn)化了客戶(hù)的設(shè)計(jì)。

相對(duì)于以前的組合方案，TD_CAN系列總線隔離收發(fā)模塊具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）更小體積：一般客戶(hù)采用集成方案體積會(huì)比我司產(chǎn)品大25%以上，大大減少占板面積，滿(mǎn)足汽車(chē)電子的小體積需求。

2）更低功耗：在隔離電源設(shè)計(jì)上，針對(duì)實(shí)際通信的電源消耗作了優(yōu)化設(shè)計(jì)，能夠在保證通信質(zhì)量的同時(shí)，功耗更低；

3）更可靠的長(zhǎng)期穩(wěn)定性設(shè)計(jì)：在隔離數(shù)據(jù)傳輸上，針對(duì)傳統(tǒng)的光耦進(jìn)行數(shù)字隔離的電路作了優(yōu)化與嚴(yán)格的設(shè)計(jì)測(cè)試，保證數(shù)字隔離傳送在整個(gè)高低溫工作范圍內(nèi)傳輸可靠，并且設(shè)計(jì)中考慮了光耦的長(zhǎng)期工作的CTR衰減問(wèn)題，改用更可靠的數(shù)字隔離芯片，保證了產(chǎn)品的長(zhǎng)期可靠性工作。

4）更高端口防護(hù)能力：我司產(chǎn)品有針對(duì)端口做專(zhuān)門(mén)的防護(hù)設(shè)計(jì)，內(nèi)部管腳集成防靜電器件；

5)更高的隔離耐壓3000VDC：可滿(mǎn)足汽車(chē)、煤礦等環(huán)境要求場(chǎng)合高的場(chǎng)合；

6)完整可靠性測(cè)試驗(yàn)證：我們產(chǎn)品經(jīng)過(guò)了重重可靠性試驗(yàn)驗(yàn)證；

7)完整的EMC防護(hù)電路推薦：考慮到汽車(chē)工作的電氣復(fù)雜性，我司產(chǎn)品有專(zhuān)門(mén)的EMC推薦電路可供客戶(hù)實(shí)現(xiàn)更高的防護(hù)級(jí)別。

TD_CAN系列總線隔離收發(fā)器與控制器的接線圖如圖3所示。

圖3.CAN隔離收發(fā)器應(yīng)用接線圖

圖4.CAN隔離收發(fā)模塊示意圖

四、小結(jié)

根據(jù)各種不同場(chǎng)合的需求，CAN總線產(chǎn)生了不同的協(xié)議需求來(lái)滿(mǎn)足各個(gè)場(chǎng)合的應(yīng)用，如過(guò)程工業(yè)、數(shù)控機(jī)床、電梯控制、機(jī)器人、安防等行業(yè)。采用模塊化設(shè)計(jì)的CAN總線隔離收發(fā)模塊，可以縮短端口電氣設(shè)計(jì)的時(shí)間，縮短工程的開(kāi)發(fā)周期，提高系統(tǒng)的可靠性。