技(jì)術交流
地鐵列車 CAN總線通(tōng)訊信号質量檢驗分析
軌道交通(tōng)地鐵車輛中，目前已經大量使用 CAN總線通訊。利用其出色的實時(shí)性與糾錯能力，提升了車輛各部件的控制(zhì)效率和可靠性。但(dàn)在地鐵運營中，某(mǒu)些線路也會出現偶發的CAN通訊不暢(chàng)，節點掉線情況。故廣州緻遠電子的工程師攜帶 CANScope總線分(fèn)析儀 赴某地鐵線路，進行(háng)現場檢驗分(fèn)析，如圖1所示。
圖 1 測試現場
現場總線拓撲結構：如圖 2所示(shì)，爲6節編組的地鐵車輛，其中我們測試點位于空調控制器CAN接口(kǒu)位置，主要(yào)測試這段CAN總線的信号通訊質量(liàng)。
圖 2 地鐵車輛網絡(luò)拓撲圖
通(tōng)過【眼圖時間測量】，對全部波形做眼圖，測量結果可見波形邊沿過緩，有部分波形上升沿有(yǒu)較大的振鈴，下降沿有較大的地彈現象，說明總線上有信号不連續的部分。差分電平幅值爲 1.5V小于标準的2.0V的ISO11898-2标準。
圖 3 眼圖位寬幅值測量
1.空調發出波形(xíng)的分析
從空調發出的 CAN幀ID爲：0x331,0x332,0x333，選(xuǎn)取其中一個ID爲0x331的報(bào)文，波形如圖4所示。可見有差分(fèn)電平有明顯的“地彈”現(xiàn)象。
圖 4 幅值分析(xī)
将 ID爲0x331,0x332,0x333的幀波形做眼圖(tú)，如圖5所示。可清晰看到CAN波形幅值爲(wèi)1.5V（那些(xiē)高幅值的是和其他幀仲裁時(shí)擡高的）。
圖 5 空調發出波形的眼(yǎn)圖
分析： CAN差(chà)分波形邊沿陡峭，邊沿清晰，但幅值隻有1.5V，比标準CAN差分電平（兩個120歐終(zhōng)端電阻時）的2.0V少0.5V，有兩種可能：
· （1）此CAN接口(kǒu)上CANH和CANL上可能各串聯了10歐左右的電阻，與兩個并聯的120歐産生分壓(yā)，讓實際發出的波形隻(zhī)有1.5V；1、帶功放的電路，并(bìng)通過使能端控制其(qí)工作；
· （2）本網(wǎng)絡中終端電阻多添加了1個120歐(ōu)，即總線中有3個(gè)120歐(ōu)電阻，導緻電壓幅值降(jiàng)低到1.5V。
從波形看(kàn)，還有很明顯的 “地彈”現象，說明(míng)空調(diào)CAN接口位置阻抗不連續。有可(kě)能其位置是(shì)實際的終端，但終端電阻不在它上面，或者其位置爲較長分(fèn)支的末端。
2.CAN主控發出(chū)的波形(xíng)
CAN主控(kòng)發出的(de)CAN幀ID爲0x200,0x231。選取其中一個(gè)ID爲0x200的報文，波(bō)形如圖6所示
圖 6 CANopen主控發出的波形
将 ID爲0x200,0x231的幀波形做眼圖，如圖7所示。可清晰(xī)看到從CAN主控發(fā)出的CAN波形到達(dá)空調CAN接口時的幅值爲1.8V（測(cè)量點在網卡這邊，那些高幅值的是和其他幀仲裁(cái)時(shí)擡高的）。上升沿緩(huǎn)，下降沿有波形駐留。
圖 7CANopen主控發出的波形眼圖
分析：測試點測出的差分電平幅值爲 1.8V，也比标準(zhǔn)的(de)2.0V少0.2V，可能是CAN主控在CANH和CANL上也串聯(lián)了電(diàn)阻，或者是傳輸導線、接頭有一定的壓(yā)降(jiàng)導緻。
CAN差分波形(xíng)上升沿緩慢說明從CAN主控到空調CAN接口的導線阻抗較大。下降(jiàng)沿有波形駐留(liú)，也是因爲空調CAN接口其位置是實際的終(zhōng)端，但終端電阻(zǔ)不在它上面，或者其位置爲較長分支的末端(duān)。
3.實際接終端電阻(zǔ)位(wèi)置的節點
如圖 8所示。爲實際接了終端電(diàn)阻的節點波形。
圖 8 CAN幀ID爲0x30E的波形
對其做眼圖如圖 9所示。
圖 9 CAN幀ID爲0x30E的眼圖
分析：通過眼圖看，其下(xià)降沿陡峭下降到 0，但随(suí)即發生“地彈”，說明其上面安裝了終端電阻，但它不是實際的終端，而從實際終端反射過(guò)來的波導緻“地(dì)彈”。
綜上所述(shù)
· （1）系統的(de)CAN波形存在比較嚴重的“地彈”現(xiàn)象，有導緻位錯誤的風險(xiǎn)。通過前面的分析，是由于阻抗不連續導緻。而産生(shēng)阻抗(kàng)不連續，是總線終端電阻安裝位置錯誤；
· （2）空調CAN接口上串聯過大的電阻導緻分壓。差分電壓幅值隻有1.5V，容易在溫度變化、線路老化或者電壓波(bō)動時，導緻位錯誤甚(shèn)至通訊不上。請控(kòng)制串聯電阻不要大于5.1歐；
· （3）傳輸導線或者接頭阻抗過大。導(dǎo)緻上升斜率過緩，隻有3.55V/us，遠低于16V/us的規(guī)範值，容易在溫度(dù)變化或(huò)者長期運行時，導緻重同步失(shī)敗的位錯誤或者CRC校驗錯誤，甚至無法通訊。請檢查(chá)傳輸導線規格，與接頭電阻，保證阻抗小于0.02歐/m（或者等效爲線(xiàn)徑爲1.0mm2以上(shàng)的屏蔽雙絞線）。
