地鐵(tie)列車 CAN總線(xiàn)通訊信号(hao)質量檢驗(yan)分析
軌道(dao)交通地鐵(tie)車輛中，目(mu)前已經大(dà)量使用 CAN總(zong)線通訊。利(lì)用其出色(sè)的實時性(xìng)與糾錯能(néng)力，提升了(le)車輛各部(bu)件的控制(zhi)效率和可(ke)靠性。但在(zài)地鐵運營(yíng)中，某些線(xiàn)路也會出(chu)現偶發的(de)CAN通訊不暢(chang)，節點掉線(xian)情況。故廣(guang)州緻遠電(diàn)子的工程(chéng)師攜帶CANScope總(zǒng)線分析儀(yí) 赴某地鐵(tie)線路，進行(háng)現場檢驗(yan)分析，如圖(tú) 1所示。
圖 1 測(cè)試現場
現(xiàn)場總線拓(tuo)撲結構：如(ru)圖 2所示，爲(wei)6節編組的(de)地鐵車輛(liàng)，其中我們(men)測試點位(wei)于空調控(kòng)制器CAN接口(kou)位置，主要(yào)測試這段(duàn)CAN總線的信(xìn)号通訊質(zhì)量。
圖 2 地鐵(tiě)車輛網絡(luò)拓撲圖
通(tong)過【眼圖時(shí)間測量】，對(dui)全部波形(xíng)做眼圖，測(cè)量結果可(kě)見波形邊(biān)沿過緩，有(yǒu)部分波形(xíng)上升沿有(yǒu)較大的振(zhèn)鈴，下降沿(yan)有較大的(de)地彈現象(xiang)，說明總線(xian)上有信号(hao)不連續的(de)部分。差分(fen)電平幅值(zhí)爲 1.5V小于标(biao)準的2.0V的ISO11898-2标(biāo)準。
圖 3 眼圖(tú)位寬幅值(zhi)測量
1.空調(diao)發出波形(xing)的分析
從(cong)空調發出(chū)的 CAN幀ID爲：0x331,0x332,0x333，選(xuan)取其中一(yi)個ID爲0x331的報(bao)文，波形如(rú)圖4所示。可(ke)見有差分(fen)電平有明(míng)顯的“地彈(dan)”現象。
圖 4 幅(fú)值分析
将(jiang) ID爲0x331,0x332,0x333的幀波(bo)形做眼圖(tu)，如圖5所示(shì)。可清晰看(kàn)到CAN波形幅(fú)值爲1.5V（那些(xie)高幅值的(de)是和其他(tā)幀仲裁時(shi)擡高的）。
圖(tú) 5 空調發出(chū)波形的眼(yan)圖
分析： CAN差(chà)分波形邊(bian)沿陡峭，邊(biān)沿清晰，但(dàn)幅值隻有(you)1.5V，比标準CAN差(cha)分電平（兩(liang)個120歐終端(duān)電阻時）的(de)2.0V少0.5V，有兩種(zhong)可能：
· （ 1）此CAN接(jie)口上CANH和CANL上(shang)可能各串(chuan)聯了10歐左(zuǒ)右的電阻(zǔ)，與兩個并(bìng)聯的120歐産(chan)生分壓，讓(rang)實際發出(chū)的波形隻(zhī)有1.5V；1、帶功放(fang)的電路，并(bìng)通過使能(néng)端控制其(qi)工作；
· （ 2）本網(wang)絡中終端(duan)電阻多添(tian)加了1個120歐(ou)，即總線中(zhong)有3個120歐電(diàn)阻，導緻電(diàn)壓幅值降(jiang)低到1.5V。
從波(bō)形看，還有(you)很明顯的(de) “地彈”現象(xiàng)，說明空調(diao)CAN接口位置(zhi)阻抗不連(lián)續。有可能(néng)其位置是(shi)實際的終(zhong)端，但終端(duan)電阻不在(zài)它上面，或(huò)者其位置(zhì)爲較長分(fèn)支的末端(duān)。
2.CAN主控發出(chu)的波形
CAN主(zhǔ)控發出的(de)CAN幀ID爲0x200,0x231。選取(qu)其中一個(gè)ID爲0x200的報文(wén)，波形如圖(tú)6所示
圖 6 CANopen主(zhǔ)控發出的(de)波形
将 ID爲(wèi)0x200,0x231的幀波形(xing)做眼圖，如(ru)圖7所示。可(ke)清晰看到(dao)從CAN主控發(fa)出的CAN波形(xíng)到達空調(diao)CAN接口時的(de)幅值爲1.8V（測(ce)量點在網(wǎng)卡這邊，那(nà)些高幅值(zhi)的是和其(qí)他幀仲裁(cai)時擡高的(de)）。上升沿緩(huan)，下降沿有(you)波形駐留(liú)。
圖 7CANopen主控發(fa)出的波形(xing)眼圖
分析(xī)：測試點測(cè)出的差分(fen)電平幅值(zhí)爲 1.8V，也比标(biāo)準的2.0V少0.2V，可(kě)能是CAN主控(kong)在CANH和CANL上也(yě)串聯了電(diàn)阻，或者是(shì)傳輸導線(xiàn)、接頭有一(yi)定的壓降(jiang)導緻。
CAN差分(fen)波形上升(sheng)沿緩慢說(shuō)明從CAN主控(kong)到空調CAN接(jiē)口的導線(xiàn)阻抗較大(da)。下降沿有(you)波形駐留(liú)，也是因爲(wèi)空調CAN接口(kou)其位置是(shi)實際的終(zhong)端，但終端(duan)電阻不在(zài)它上面，或(huò)者其位置(zhì)爲較長分(fèn)支的末端(duān)。
3.實際接終(zhōng)端電阻位(wèi)置的節點(dian)
如圖 8所示(shì)。爲實際接(jie)了終端電(dian)阻的節點(dian)波形。
圖 8 CAN幀(zhen)ID爲0x30E的波形(xíng)
對其做眼(yǎn)圖如圖 9所(suo)示。
圖 9 CAN幀ID爲(wèi)0x30E的眼圖
分(fèn)析：通過眼(yan)圖看，其下(xia)降沿陡峭(qiào)下降到 0，但(dan)随即發生(shēng)“地彈”，說明(ming)其上面安(an)裝了終端(duan)電阻，但它(ta)不是實際(ji)的終端，而(ér)從實際終(zhōng)端反射過(guò)來的波導(dao)緻“地彈”。
綜(zōng)上所述
· （ 1）系(xi)統的CAN波形(xing)存在比較(jiao)嚴重的“地(di)彈”現象，有(yǒu)導緻位錯(cuo)誤的風險(xian)。通過前面(miàn)的分析，是(shi)由于阻抗(kàng)不連續導(dao)緻。而産生(sheng)阻抗不連(lián)續，是總線(xiàn)終端電阻(zu)安裝位置(zhi)錯誤；
· （ 2）空調(diào)CAN接口上串(chuan)聯過大的(de)電阻導緻(zhi)分壓。差分(fèn)電壓幅值(zhí)隻有1.5V，容易(yi)在溫度變(biàn)化、線路老(lǎo)化或者電(dian)壓波動時(shí)，導緻位錯(cuò)誤甚至通(tong)訊不上。請(qǐng)控制串聯(lian)電阻不要(yào)大于5.1歐；
· （ 3）傳(chuan)輸導線或(huò)者接頭阻(zu)抗過大。導(dao)緻上升斜(xié)率過緩，隻(zhi)有3.55V/us，遠低于(yu)16V/us的規範值(zhi)，容易在溫(wen)度變化或(huo)者長期運(yùn)行時，導緻(zhi)重同步失(shī)敗的位錯(cuo)誤或者CRC校(xiào)驗錯誤，甚(shèn)至無法通(tong)訊。請檢查(cha)傳輸導線(xian)規格，與接(jiē)頭電阻，保(bao)證阻抗小(xiao)于0.02歐/m（或者(zhě)等效爲線(xian)徑爲1.0mm2以上(shàng)的屏蔽雙(shuāng)絞線）。
