技(ji)術交流

地鐵(tie)列車 CAN總線(xian)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(da)量使用 CAN總(zong)線通訊。利(li)用其出色(se)的實時性(xing)與糾錯能(neng)力，提升了(le)車輛各部(bu)件的控制(zhi)效率和可(ke)靠性。但在(zai)地鐵運營(ying)中，某些線(xian)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(dian)子的工程(cheng)師攜帶 CANScope總(zong)線分析儀(yi) 赴某地鐵(tie)線路，進行(hang)現場檢驗(yan)分析，如圖(tu)1所示。

圖 1 測(ce)試現場

現(xian)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(liang)，其中我們(men)測試點位(wei)于空調控(kong)制器CAN接口(kou)位置，主要(yao)測試這段(duan)CAN總線的信(xin)号通訊質(zhi)量。

              

圖 2 地鐵(tie)車輛網絡(luo)拓撲圖

通(tong)過【眼圖時(shi)間測量】，對(dui)全部波形(xing)做眼圖，測(ce)量結果可(ke)見波形邊(bian)沿過緩，有(you)部分波形(xing)上升沿有(you)較大的振(zhen)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(zhi)爲 1.5V小于标(biao)準的2.0V的ISO11898-2标(biao)準。

 

圖 3 眼圖(tu)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(chu)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(ru)圖4所示。可(ke)見有差分(fen)電平有明(ming)顯的“地彈(dan)”現象。

圖 4 幅(fu)值分析

将(jiang) ID爲0x331,0x332,0x333的幀波(bo)形做眼圖(tu)，如圖5所示(shi)。可清晰看(kan)到CAN波形幅(fu)值爲1.5V（那些(xie)高幅值的(de)是和其他(ta)幀仲裁時(shi)擡高的）。

圖(tu) 5 空調發出(chu)波形的眼(yan)圖

分析： CAN差(cha)分波形邊(bian)沿陡峭，邊(bian)沿清晰，但(dan)幅值隻有(you)1.5V，比标準CAN差(cha)分電平（兩(liang)個120歐終端(duan)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(zuo)右的電阻(zu)，與兩個并(bing)聯的120歐産(chan)生分壓，讓(rang)實際發出(chu)的波形隻(zhi)有1.5V；1、帶功放(fang)的電路，并(bing)通過使能(neng)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(dian)阻，導緻電(dian)壓幅值降(jiang)低到1.5V。

從波(bo)形看，還有(you)很明顯的(de) “地彈”現象(xiang)，說明空調(diao)CAN接口位置(zhi)阻抗不連(lian)續。有可能(neng)其位置是(shi)實際的終(zhong)端，但終端(duan)電阻不在(zai)它上面，或(huo)者其位置(zhi)爲較長分(fen)支的末端(duan)。

2.CAN主控發出(chu)的波形

CAN主(zhu)控發出的(de)CAN幀ID爲0x200,0x231。選取(qu)其中一個(ge)ID爲0x200的報文(wen)，波形如圖(tu)6所示

 

圖 6 CANopen主(zhu)控發出的(de)波形

将 ID爲(wei)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(xing)到達空調(diao)CAN接口時的(de)幅值爲1.8V（測(ce)量點在網(wang)卡這邊，那(na)些高幅值(zhi)的是和其(qi)他幀仲裁(cai)時擡高的(de)）。上升沿緩(huan)，下降沿有(you)波形駐留(liu)。

 

圖 7CANopen主控發(fa)出的波形(xing)眼圖

分析(xi)：測試點測(ce)出的差分(fen)電平幅值(zhi)爲 1.8V，也比标(biao)準的2.0V少0.2V，可(ke)能是CAN主控(kong)在CANH和CANL上也(ye)串聯了電(dian)阻，或者是(shi)傳輸導線(xian)、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(shuo)明從CAN主控(kong)到空調CAN接(jie)口的導線(xian)阻抗較大(da)。下降沿有(you)波形駐留(liu)，也是因爲(wei)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(zai)它上面，或(huo)者其位置(zhi)爲較長分(fen)支的末端(duan)。

3.實際接終(zhong)端電阻位(wei)置的節點(dian)

如圖 8所示(shi)。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(xing)

對其做眼(yan)圖如圖 9所(suo)示。

 

圖 9 CAN幀ID爲(wei)0x30E的眼圖

分(fen)析：通過眼(yan)圖看，其下(xia)降沿陡峭(qiao)下降到 0，但(dan)随即發生(sheng)“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(er)從實際終(zhong)端反射過(guo)來的波導(dao)緻“地彈”。

綜(zong)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(you)導緻位錯(cuo)誤的風險(xian)。通過前面(mian)的分析，是(shi)由于阻抗(kang)不連續導(dao)緻。而産生(sheng)阻抗不連(lian)續，是總線(xian)終端電阻(zu)安裝位置(zhi)錯誤；

·  （2）空調(diao)CAN接口上串(chuan)聯過大的(de)電阻導緻(zhi)分壓。差分(fen)電壓幅值(zhi)隻有1.5V，容易(yi)在溫度變(bian)化、線路老(lao)化或者電(dian)壓波動時(shi)，導緻位錯(cuo)誤甚至通(tong)訊不上。請(qing)控制串聯(lian)電阻不要(yao)大于5.1歐；

·  （3）傳(chuan)輸導線或(huo)者接頭阻(zu)抗過大。導(dao)緻上升斜(xie)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(yun)行時，導緻(zhi)重同步失(shi)敗的位錯(cuo)誤或者CRC校(xiao)驗錯誤，甚(shen)至無法通(tong)訊。請檢查(cha)傳輸導線(xian)規格，與接(jie)頭電阻，保(bao)證阻抗小(xiao)于0.02歐/m（或者(zhe)等效爲線(xian)徑爲1.0mm2以上(shang)的屏蔽雙(shuang)絞線）。