CAN接口异常分析指南

CAN总线应用环境复杂多样，可能会出现各种异常情况。本文列举了常见的CAN接口异常情况及解决方法，帮您更加高效地分析及解决CAN接口应用问题。
 
常见异常及解决方法
 
1、两个节点近距离测试，低波特率通信正常，高波特率无法通信。

可能原因：未加终端电阻。由于CAN收发芯片内部CANH、CANL引脚为开漏驱动，如图1，在显性状态期间，总线的寄生电容会被充电，而在恢复到隐性状态时，这些电容需要放电。如果CANH、CANL之间没有放置任何阻性负载，电容只能通过收发器内部阻值较大的差分电阻放电。如果放电速度过慢，就会出现通信问题。
 
解决方法：增加终端电阻。

图1 CAN收发器结构示意图

2、组网节点数少，通信正常，增加节点后，通信异常。
 
可能原因：总线电容过大。总线电容过大会影响CAN差分波形上升下降速度，如图2。
 
解决方法：a. 检查CAN节点接口的外围电路，是否有外加电容、TVS管等器件，适当去除，以降低电容。b. 降低工作波特率。波特率降低可以延长位时间，减小电容的影响，但若电容过大，则不一定有效。

图2 总线电容影响波形图

3、应用中易损坏，更换模块后正常。
 
可能原因：保护不足。CAN模块由于体积受限，内部保护电路等级不高。在一些环境恶劣的应用现场，干扰能量过大易造成损坏。
 
解决方法：根据损坏情况适当增加保护电路。图3是推荐的典型保护电路图，电源端口有TVS保护，CAN接口有三级电路保护，可以抑制大能量的雷击浪涌。

图3 典型保护电路

4、5V模块匹配3.3V MCU，错误帧多或发不出数据。
 
可能原因：电平不匹配。5V模块匹配3.3V MCU在测试中可能并无异常，但由于某些参数的微小变化，就会导致电平不能正常识别。图4标示了模块TXD输入高电平的最低值0.7VCC，如小于该值，则存在风险。
 
解决方法：选择3.3V模块匹配3.3V MCU，或增加电平转换电路。

图4 CAN模块输入参数

5、近距离通信正常，远距离无法通信。
 
可能原因：a. CAN速率过高。由于CAN总线的仲裁机理，其对延时有着非常严格的要求。线缆延时的存在，使得导线长度制约着实际应用中CAN的最高工作速率。CAN速率与通信距离成反比，速率越高，通信距离越短。b. 线缆阻抗大，远端信号幅值过低。
 
解决方法：a.降低速率，或缩短总线长度，可参考图5线缆长度与波特率的关系。b.换用阻抗小的电线缆，或适当增大终端电阻值，可参考图6线缆长度与直流参数推荐。

图5 线缆长度与波特率的关系
 

图6 线缆长度与直流参数推荐

通过测试定位问题

当通过现有信息无法判断问题所在时，则需要对CAN接口进行测试，定位问题点。已推测出问题所在时，也可以对CAN接口进行测试，以验证推测与解决效果。
 
1、阻抗测量
 
在产品断电、或从PCB卸下后，使用数字万用表测量模块各引脚阻抗是否异常，如图7。若出现短路情况，说明模块或相关联电路有损坏现象。
 
测试时，TXD、RXD、VCC以GND为参考；CANH、CANL以CANG为参考。

图7 阻抗测量示意

2、检测模块供电电压
 
产品上电，使用数字万用表测量模块VCC-GND之间电压，电压应该在模块正常供电范围内，如图8。若电压值明显低于正常范围，且模块发热严重，则内部可能存在短路情况。若模块发热量正常（常规温升15℃），则需要检查外部供电电路是否异常。

图8 供电测试示意图

3、检测发送波形
 
使用示波器测试TXD引脚，以及CANH、CANL的差分波形，检查波形的幅值大小、波特率、波形质量、TXD和CAN差分波形是否对应等，如图9、图10。

图9 发送波形测试示意图
 

图10 TXD与CAN差分波形 

4、检测接收波形
 
使用示波器测试RXD引脚，以及CANH、CANL的差分波形，检查波形的幅值大小、波特率、波形质量、RXD和CAN差分波形是否对应等，如图11、图12。

图11 接收波形测试示意图
 

图12 CAN差分与RXD波形图

5、检测CAN总线波形
 
使用示波器测试CANH、CANL的波形，检查显性电平、隐性电平、位时间等参数是否正确。如图13、图14。

图13 CAN总线波形测试示意图
 

图14 CANH、CANL总线波形

如果经过以上测试，均未发现CAN收发器异常情况，则可基本排除硬件问题，进一步分析需要进行软件层面的故障排查。