如何搭建可靠的汽車CAN網絡？
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2020-07-06
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一、摘要
現場總線是當今自動化領域技術發展的熱點之一，在汽車中使用的CAN總線均屬于現場總線。現場總線使得自控系統與設備都具備通訊能力，使汽車中各設備之間組成一個網絡系統。其中CAN隸屬于汽車C類總線標準，主要用于汽車安全相關及實時性要求較高的場合，如動力系統，空調壓縮機系統，本文將從CAN總線在汽車上的應用與設計，給出可靠的汽車CAN總線解決方案。
二、汽車總線系統架構
市場調查表明，現如今大部分乘用車都選用基于CAN的網絡，已占據整個汽車網絡協議的63%以上。目前汽車上各種基于CAN的網絡通過網關連接在一起，在未來，汽車的儀表盤將會是一個局部CAN網絡，同時也兼顧網關的功能。
圖1 基于CAN的汽車網絡
高速CAN網絡主要用于動力系統的通信，其傳輸速率在125kb/s到1Mb/s之間，實現網絡通訊可以使用滿足ISO11898-1，ISO11898-2的CAN模塊收發器。同時，汽車制造商還會利用CAN的多路系統連接車身電子控制單元來構建車身網絡的低速子網，其速率一般小于125kb/s。
三、物理鏈路設計
CAN總線的物理連接如圖所示，總線兩端均串聯一個負載電阻RL，這個電阻用來抑制信號反射，作為系統終端來使用。
圖2 CAN總線的物理連接
物理鏈路的設計往往決定傳輸信號的質量，誤碼，標準化的電氣特性可以減少這些問題的出現，物理介質/連接器設計推薦如下表：
四、收發器可靠性設計
媒體相關接口（CAN收發器）是協議控制器與物理傳輸線路之間的接口，直接連接傳輸總線側與控制器側，承擔總線側惡劣的環境/干擾，保護控制側正常運作，收發器的可靠性設計就變得尤為重要。收發器的高總線系統可靠性設計主要體現在以下幾點：
五、收發模塊EMC解決方案
應用于汽車上的零部件EMC標準為CISPR25，而CISPR25規定的EMI性能比工業級CISPR32規定的要求嚴格很多，這導致汽車產品的EMI問題都很難解決，最終導致開發項目周期延長，那么如何優化整體系統EMI性能呢？
● 對易干擾/受擾器件進行屏蔽及保護。在整個汽車系統內提供一個參考地平面，將所有屏蔽外殼與保護外圍接至地平面，能有效的抑制EMI干擾。
● 保護信號，CAN信號電纜走線要求遠離其他強干擾源，如電源模塊等，同時使用屏蔽雙絞線。
● 設計外圍的原則是提供低阻抗的回路。如圖，無論是優化EMI還是保護內部的EMS性能，選擇合適大小的濾波電容，對應在特定的頻率點有最低的交流阻抗，減小高頻回路，是優化EMI的根本措施。
● 汽車系統內部走線精簡，環路減小，避免直角走線。
六、典型應用電源解決方案
汽車車門控制單元的電源解決方案示意圖：
七、小結
目前，所有的制造商都在汽車網絡化控制上投入大量的資源，廠商及消費者也從汽車網絡化的廣泛應用中獲取實際的利益。不過，汽車各零部件要有優秀的可靠性及EMC性能，才能源源不斷的產生利益。金升陽具備多種可靠性試驗室，將持續為汽車行業提供汽車零部件及汽車電源/收發器解決方案，簡化客戶的汽車開發/測試周期，綜合提升系統的穩定性、安全性、可靠性。
