CAN шина. Часть 2

Часть первая

Хотя CAN шина довольно неприхотливая, ввиду множества защит и механизмов, но поскольку она может работать на высоких скоростях и больших расстояниях, то важным моментом является грамотное ее проектирование. В частности правильное терминирование оконечных устройств или перегрузка из-за количества устройств. Из-за которых возникает большинство проблем в шине.

▌Количество устройств
Когда то давно стандарт предписывал 32 устройства на шине. Но было это очень давно и сейчас таких ограничений нет. Все теперь зависит от нагрузочной способности самого слабого трансивера на шине. Чтобы понять о чем речь надо рассмотреть внутреннее устройство трансивера:

Обратите внимание на устройство выходного каскада. В свободном (рецессивном) состоянии выводы CANL и CANH притянуты к внутреннему источнику напряжения, равному половине питания. В результате в шине находится 2.5 вольта примерно.

В доминантном состоянии транзисторы прижимают линию вверх и вниз, соответственно.

Сопротивление этих резисторов может быть около 2030кОм, их можно найти в даташите, а если трансивер под рукой, то просто измерить сопротивление между линиями CANL и CANH и поделить пополам.

Таким образом, для того, чтобы транзистор трансивера мог продавить линию его выходной ток должен соответствовать нагрузке. Обычно минимальное сопротивление линии для трансиверов около 60 Ом. В даташите это параметр RL, считаете сопротивление всех узлов, они будут как параллельно включенные резисторы по 30кОм, и получите искомую нагрузку на шину.

Например, у нас есть 100 приемников с сопротивлением между CANL и CANH = 30кОм. И два терминатора по 120 Ом. И все это включено в параллель. Считаем суммарное сопротивление этой параллельной цепи резисторов:

• Сопротивление трансиверов 30 000/100 = 300ом
• Два трансивера в параллели 120/2.

Итого, суммарное сопротивление которое нагрузит выходные цепи трансивера (300*60)/(300+60) = 50ом.

▌Terminator

Терминирование на обоих конечных узлах шины CAN является необходимостью. Без оконечной нагрузки 120 Ом на обоих концах возникает отражение сигнала, вызванное несоответствием импеданса между шиной CAN и драйвером, которое приводит к полной неработоспособности всей шины, особенно на высоких скоростях.

Как я писал в прошлой статье, лучше соединять узлы шлейфом:

В принципе, шина допускает соединение ветвями. Автомобильный стандарт ISO 11898 даже описывает длину этой ветви в 0.3м. Если же у вас медленная скорость и очень хочется, то можно и длинней делать.

Но в этом случае, на высоких скоростях, могут начаться отражения сигнала. Которые положат всю сеть. Что делать? Поставить дополнительный терминатор на такую вот ветку. Но не полноценный, иначе мы можем завалить сопротивление шины, а на 1-2 кОм. Существенно улучшает ситуацию. Но лучше так не делать, а разводить шлейфом.

▌Terminator 2

Высокое входное сопротивление шины в рецессивном состоянии делает ее уязвимой даже для небольших токов утечки, которые могут возникать если в шине есть обесточенные узлы. Как, например, может быть в автомобиле. Где часть систем запитана всегда, а часть только когда двигатель заведен. В результате синфазное напряжение может быть ниже, по сравнению с номинальным Vcc/2. При передаче первого доминантного бита синфазное напряжение возвращается до номинального значения. Такие скачки порождают повышенные помехи.

Чтобы их снизить в некоторых трансиверах есть Vref или SPLIT выход. Отдельная нога, на которую выводится половина питающего напряжения. Поэтому если в сети есть узлы которые могут терять питание, то терминатор лучше подключать не между линиями CANL и CANH, а до этого опорного напряжения, через половину терминатора. Как указано по схеме:

Хоть в этом случае у нас больше деталей, но зато мы получаем фильтр нижних частот для синфазного шума в сети, и, таким образом, может помочь в уменьшении электромагнитных излучений. Резисторы и конденсатор (RC) создают RC-фильтр нижних частот с частотой среза.

f = 1/(2*pi*R*C )

И да, частота среза этого фильтра не зависит от частоты полезного сигнала. Поскольку конденсатор фильтрует только синфазный сигнал. А состояние шины определяет дифференциальный сигнал. Поэтому нет необходимости выбирать фильтр с частотой среза выше бодрейта.

Главное, что тут надо следить за согласованностью резисторов терминатора. Они должны быть как можно более одиннаковые. Чтобы не было ни малейшего перекоса. Любое изменение сопротивления преобразует синфазный шум, присутствующий в сети, в дифференциальный шум, что снижает помехоустойчивость приемника.

Но есть современные трансиверы которые не требуют разделения терминатора. Например TCAN4550 от TI.

Сам же резистор терминатора лучше брать побольше, такой чтобы тянул хотя бы миллиампер 100.