技術交流
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(mù)前已經大量使用CAN總線通訊。利用其出(chū)色的實時性與糾錯能力，提升了車(chē)輛(liàng)各部件的控制(zhì)效率和可靠性。但在地鐵運營中，某些線路也會出現偶發的(de)CAN通訊不暢，節點掉線情況(kuàng)。故廣州緻遠電子(zǐ)的工程師攜帶CANScope總線分(fèn)析儀赴某地鐵線路，進行現場檢驗分析，如圖(tú)1所示。
圖1 測試現場
現場總線拓撲結構：如圖2所示，爲(wèi)6節編組的地鐵車輛，其中我們測試點位于空調控制器CAN接口位置，主要測試這段CAN總線的信号通訊質(zhì)量。
圖2 地鐵(tiě)車輛網絡拓撲圖
通過【眼圖時(shí)間測量】，對全部波形(xíng)做眼圖，測量結果可見波形邊(biān)沿過緩，有部分波(bō)形(xíng)上升沿有較大的振鈴，下降沿(yán)有較(jiào)大的地彈現象，說明總線上(shàng)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(yǎn)圖位寬幅值(zhí)測量
1.空調(diào)發出波形的分析
從(cóng)空調發出(chū)的CAN幀ID爲：0x331,0x332,0x333，選取其中一個ID爲0x331的報文，波形如圖4所示。可(kě)見有差分電平有明顯的“地彈”現象。
圖4 幅(fú)值分析
将ID爲0x331,0x332,0x333的幀波形做眼圖，如圖5所示。可清晰看到CAN波形幅值爲1.5V（那些高幅值的是和其他幀仲(zhòng)裁時擡高的）。
圖5 空調發出波形的眼圖
分析：CAN差(chà)分波形邊沿陡峭，邊沿(yán)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(shǎo)0.5V，有兩種(zhǒng)可能：
· （1）此CAN接口上(shàng)CANH和CANL上可能各串聯了10歐左右的電阻(zǔ)，與兩個并聯的120歐産生分壓(yā)，讓實際發出(chū)的波形隻有1.5V；1、帶功放的電路，并通(tōng)過(guò)使能端控制其(qí)工作；
· （2）本網絡中終端電阻多添(tiān)加了1個120歐(ōu)，即總線(xiàn)中有3個120歐電阻，導緻電(diàn)壓幅值降低到1.5V。
從波形看(kàn)，還有很明顯的“地彈”現象，說明(míng)空調CAN接口位置阻抗不連續。有可能(néng)其位置是實際的終端，但(dàn)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
CAN主控(kòng)發出的CAN幀ID爲0x200,0x231。選取其中一個(gè)ID爲0x200的報文，波形如圖(tú)6所示(shì)
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。可清晰看到從CAN主控發出的CAN波形到達空調CAN接口時的(de)幅值爲1.8V（測(cè)量點在網卡這邊，那些高幅(fú)值的是(shì)和其他幀仲裁時擡高(gāo)的）。上升沿緩，下降沿有(yǒu)波形駐留。
圖 7CANopen主控發出的波形眼圖
分析：測試點測出(chū)的差分電平幅值爲1.8V，也比标準的(de)2.0V少0.2V，可能是CAN主控在CANH和CANL上也串聯了電阻(zǔ)，或者是傳輸導線(xiàn)、接頭有一定的壓(yā)降導緻。
CAN差分波形上升沿緩慢說明從CAN主控(kòng)到空調CAN接(jiē)口的導線阻抗較大。下降沿有波形(xíng)駐留，也是因爲空調CAN接(jiē)口其位置是實際的終(zhōng)端，但終端電阻不在它上面，或(huò)者其位置爲較長分支的末端。
3.實際接終端電阻位置的節點
如圖8所示。爲實際(jì)接了終端電阻的節點(diǎn)波形。
圖8 CAN幀ID爲0x30E的波形
對(duì)其做眼圖如圖9所示。
圖9 CAN幀ID爲0x30E的眼圖
分析：通過(guò)眼圖看，其下(xià)降沿陡峭下降到0，但随即發生“地彈”，說明(míng)其上面安(ān)裝了終端(duān)電阻，但它不(bú)是實際的終端，而從實際終端反射過來的波導緻“地(dì)彈”。
綜上所述
· （1）系統的(de)CAN波形存(cún)在比較嚴重的“地彈”現象，有導(dǎo)緻位錯誤的風險(xiǎn)。通過前面的分析，是(shì)由于阻抗不連續導緻。而産生阻抗不連續，是總線(xiàn)終端電阻安裝位置(zhì)錯誤；
· （2）空調CAN接(jiē)口上串(chuàn)聯過大的電阻(zǔ)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動時，導緻位錯誤甚(shèn)至通訊不上。請控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(yuǎn)低于16V/us的規範值，容易在溫度變化或(huò)者長期運行時，導緻重同步失敗的位錯誤或者CRC校驗錯誤，甚(shèn)至(zhì)無法通訊。請檢查(chá)傳輸導線(xiàn)規格，與接頭電阻，保證阻(zǔ)抗小(xiǎo)于0.02歐/m（或者等效爲線徑爲1.0mm2以上的屏蔽雙絞線）。