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地(di)鐵列車CAN總線(xiàn)通訊信号質(zhì)量檢驗分析(xī)

軌道(dào)交通地鐵車(che)輛中，目前已(yǐ)經大量使用(yong)CAN總線通訊。利(li)用其出色的(de)實時性與糾(jiū)錯能力，提升(sheng)了車輛各部(bù)件的控制效(xiào)率和可靠性(xìng)。但在地鐵運(yùn)營中，某些線(xian)路也會出現(xiàn)偶發的CAN通訊(xun)不暢，節點掉(diao)線情況。故廣(guang)州緻遠電子(zǐ)的工程師攜(xie)帶CANScope總線分析儀(yí)赴某(mou)地鐵線路，進(jìn)行現場檢驗(yàn)分析，如圖1所(suo)示。

圖1 測(ce)試現場

現場總線(xiàn)拓撲結構：如(ru)圖2所示，爲6節(jie)編組的地鐵(tiě)車輛，其中我(wǒ)們測試點位(wei)于空調控制(zhi)器CAN接口位置(zhi)，主要測試這(zhè)段CAN總線的信(xìn)号通訊質量(liang)。

圖2 地鐵(tiě)車輛網絡拓(tuò)撲圖

通過【眼圖時(shí)間測量】，對全(quan)部波形做眼(yan)圖，測量結果(guo)可見波形邊(biān)沿過緩，有部(bu)分波形上升(shēng)沿有較大的(de)振鈴，下降沿(yán)有較大的地(di)彈現象，說明(ming)總線上有信(xìn)号不連續的(de)部分。差分電(diàn)平幅值爲1.5V小(xiao)于标準的2.0V的(de)ISO11898-2标準。

圖3 眼(yan)圖位寬幅值(zhi)測量

1.空調發出(chū)波形的分析(xī)

從空(kōng)調發出的CAN幀(zhēn)ID爲：0x331,0x332,0x333，選取其中(zhōng)一個ID爲0x331的報(bao)文，波形如圖(tu)4所示。可見有(yǒu)差分電平有(you)明顯的“地彈(dan)”現象。

圖(tú)4 幅值分析

将ID爲0x331,0x332,0x333的(de)幀波形做眼(yan)圖，如圖5所示(shi)。可清晰看到(dao)CAN波形幅值爲(wèi)1.5V（那些高幅值(zhí)的是和其他(tā)幀仲裁時擡(tái)高的）。

圖(tú)5 空調發出波(bo)形的眼圖

分析：CAN差(chà)分波形邊沿(yán)陡峭，邊沿清(qīng)晰，但幅值隻(zhī)有1.5V，比标準CAN差(cha)分電平（兩個(ge)120歐終端電阻(zǔ)時）的2.0V少0.5V，有兩(liang)種可能：

· （1）此CAN接口上CANH和(he)CANL上可能各串(chuàn)聯了10歐左右(you)的電阻，與兩(liang)個并聯的120歐(ōu)産生分壓，讓(rang)實際發出的(de)波形隻有1.5V；1、帶(dài)功放的電路(lù)，并通過使能(neng)端控制其工(gong)作；

· （2）本網(wǎng)絡中終端電(diàn)阻多添加了(le)1個120歐，即總線(xiàn)中有3個120歐電(diàn)阻，導緻電壓(ya)幅值降低到(dào)1.5V。

從波(bō)形看，還有很(hen)明顯的“地彈(dàn)”現象，說明空(kōng)調CAN接口位置(zhi)阻抗不連續(xù)。有可能其位(wei)置是實際的(de)終端，但終端(duan)電阻不在它(tā)上面，或者其(qí)位置爲較長(zhang)分支的末端(duan)。

2.CAN主(zhu)控發出的波(bō)形

CAN主控發出的(de)CAN幀ID爲0x200,0x231。選取其(qi)中一個ID爲0x200的(de)報文，波形如(rú)圖6所示

圖(tú)6 CANopen主控發出的(de)波形

将ID爲0x200,0x231的幀波(bō)形做眼圖，如(ru)圖7所示。可清(qīng)晰看到從CAN主(zhǔ)控發出的CAN波(bo)形到達空調(diào)CAN接口時的幅(fu)值爲1.8V（測量點(dian)在網卡這邊(bian)，那些高幅值(zhi)的是和其他(tā)幀仲裁時擡(tai)高的）。上升沿(yan)緩，下降沿有(you)波形駐留。

圖 7CANopen主控發出(chū)的波形眼圖(tu)

分析(xi)：測試點測出(chū)的差分電平(píng)幅值爲1.8V，也比(bǐ)标準的2.0V少0.2V，可(kě)能是CAN主控在(zài)CANH和CANL上也串聯(lian)了電阻，或者(zhě)是傳輸導線(xian)、接頭有一定(dìng)的壓降導緻(zhì)。

CAN差(cha)分波形上升(sheng)沿緩慢說明(ming)從CAN主控到空(kong)調CAN接口的導(dǎo)線阻抗較大(dà)。下降沿有波(bō)形駐留，也是(shì)因爲空調CAN接(jie)口其位置是(shi)實際的終端(duān)，但終端電阻(zǔ)不在它上面(miàn)，或者其位置(zhì)爲較長分支(zhī)的末端。

3.實際接(jie)終端電阻位(wèi)置的節點

如圖8所(suǒ)示。爲實際接(jie)了終端電阻(zǔ)的節點波形(xíng)。

圖8 CAN幀ID爲0x30E的(de)波形

對其做眼圖(tú)如圖9所示。

圖9 CAN幀ID爲0x30E的眼(yan)圖

分(fen)析：通過眼圖(tú)看，其下降沿(yán)陡峭下降到(dào)0，但随即發生(sheng)“地彈”，說明其(qi)上面安裝了(le)終端電阻，但(dan)它不是實際(jì)的終端，而從(cóng)實際終端反(fan)射過來的波(bō)導緻“地彈”。

綜上所(suǒ)述

· （1）系統(tǒng)的CAN波形存在(zai)比較嚴重的(de)“地彈”現象，有(you)導緻位錯誤(wu)的風險。通過(guò)前面的分析(xi)，是由于阻抗(kang)不連續導緻(zhi)。而産生阻抗(kang)不連續，是總(zǒng)線終端電阻(zu)安裝位置錯(cuo)誤；

· （2）空調(diao)CAN接口上串聯(lián)過大的電阻(zu)導緻分壓。差(cha)分電壓幅值(zhi)隻有1.5V，容易在(zai)溫度變化、線(xiàn)路老化或者(zhe)電壓波動時(shi)，導緻位錯誤(wu)甚至通訊不(bú)上。請控制串(chuan)聯電阻不要(yao)大于5.1歐；

· （3）傳輸導線或(huo)者接頭阻抗(kàng)過大。導緻上(shàng)升斜率過緩(huǎn)，隻有3.55V/us，遠低于(yu)16V/us的規範值，容(róng)易在溫度變(bian)化或者長期(qi)運行時，導緻(zhi)重同步失敗(bài)的位錯誤或(huo)者CRC校驗錯誤(wù)，甚至無法通(tong)訊。請檢查傳(chuan)輸導線規格(ge)，與接頭電阻(zu)，保證阻抗小(xiao)于0.02歐/m（或者等(deng)效爲線徑爲(wèi)1.0mm2以上的屏蔽(bi)雙絞線）。