技(ji)術交流

地鐵(tiě)列車 CAN總線通訊(xun)信号質量檢驗(yan)分析

 

軌道(dào)交通地鐵車輛(liang)中，目前已經大(da)量使用 CAN總線通(tōng)訊。利用其出色(se)的實時性與糾(jiū)錯能力，提升了(le)車輛各部件的(de)控制效率和可(ke)靠性。但在地鐵(tie)運營中，某些線(xian)路也會出現偶(ǒu)發的CAN通訊不暢(chang)，節點掉線情況(kuang)。故廣州緻遠電(dian)子的工程師攜(xié)帶 CANScope總(zong)線分析儀 赴某地鐵線路(lu)，進行現場檢驗(yàn)分析，如圖1所示(shì)。

圖 1 測試現場

現場總線拓(tuò)撲結構：如圖 2所(suo)示，爲6節編組的(de)地鐵車輛，其中(zhong)我們測試點位(wei)于空調控制器(qi)CAN接口位置，主要(yao)測試這段CAN總線(xiàn)的信号通訊質(zhì)量。

              

圖 2 地鐵車輛(liang)網絡拓撲圖

通過【眼圖時(shi)間測量】，對全部(bu)波形做眼圖，測(cè)量結果可見波(bo)形邊沿過緩，有(you)部分波形上升(shēng)沿有較大的振(zhèn)鈴，下降沿有較(jiào)大的地彈現象(xiang)，說明總線上有(yǒu)信号不連續的(de)部分。差分電平(píng)幅值爲 1.5V小于标(biāo)準的2.0V的ISO11898-2标準。

 

圖 3 眼圖(tu)位寬幅值測量(liàng)

1.空調(diào)發出波形的分(fen)析

從空調(diao)發出的 CAN幀ID爲：0x331,0x332,0x333，選(xuǎn)取其中一個ID爲(wei)0x331的報文，波形如(ru)圖4所示。可見有(yǒu)差分電平有明(ming)顯的“地彈”現象(xiàng)。

圖 4 幅值分析

将 ID爲0x331,0x332,0x333的幀波(bo)形做眼圖，如圖(tu)5所示。可清晰看(kàn)到CAN波形幅值爲(wei)1.5V（那些高幅值的(de)是和其他幀仲(zhòng)裁時擡高的）。

圖(tu) 5 空調發出波形(xing)的眼圖

分(fèn)析： CAN差分波形邊(biān)沿陡峭，邊沿清(qīng)晰，但幅值隻有(you)1.5V，比标準CAN差分電(diàn)平（兩個120歐終端(duān)電阻時）的2.0V少0.5V，有(you)兩種可能：

·  （1）此CAN接(jie)口上CANH和CANL上可能(neng)各串聯了10歐左(zuo)右的電阻，與兩(liǎng)個并聯的120歐産(chan)生分壓，讓實際(ji)發出的波形隻(zhi)有1.5V；1、帶功放的電(dian)路，并通過使能(neng)端控制其工作(zuo)；

·  （2）本網絡中終端(duān)電阻多添加了(le)1個120歐，即總線中(zhong)有3個120歐電阻，導(dao)緻電壓幅值降(jiàng)低到1.5V。

從波(bo)形看，還有很明(míng)顯的 “地彈”現象(xiang)，說明空調CAN接口(kou)位置阻抗不連(lian)續。有可能其位(wei)置是實際的終(zhong)端，但終端電阻(zu)不在它上面，或(huo)者其位置爲較(jiao)長分支的末端(duān)。

2.CAN主控(kòng)發出的波形

CAN主控發(fā)出的CAN幀ID爲0x200,0x231。選取(qǔ)其中一個ID爲0x200的(de)報文，波形如圖(tú)6所示

 

圖 6 CANopen主控發出的(de)波形

将 ID爲(wèi)0x200,0x231的幀波形做眼(yan)圖，如圖7所示。可(kě)清晰看到從CAN主(zhǔ)控發出的CAN波形(xing)到達空調CAN接口(kou)時的幅值爲1.8V（測(cè)量點在網卡這(zhe)邊，那些高幅值(zhí)的是和其他幀(zhen)仲裁時擡高的(de)）。上升沿緩，下降(jiang)沿有波形駐留(liú)。

 

圖 7CANopen主(zhǔ)控發出的波形(xing)眼圖

分析(xi)：測試點測出的(de)差分電平幅值(zhi)爲 1.8V，也比标準的(de)2.0V少0.2V，可能是CAN主控(kong)在CANH和CANL上也串聯(lian)了電阻，或者是(shì)傳輸導線、接頭(tou)有一定的壓降(jiang)導緻。

CAN差分波形上升(sheng)沿緩慢說明從(cóng)CAN主控到空調CAN接(jie)口的導線阻抗(kàng)較大。下降沿有(yǒu)波形駐留，也是(shì)因爲空調CAN接口(kou)其位置是實際(ji)的終端，但終端(duan)電阻不在它上(shang)面，或者其位置(zhì)爲較長分支的(de)末端。

3.實際接終端電(dian)阻位置的節點(diǎn)

如圖 8所示(shi)。爲實際接了終(zhōng)端電阻的節點(diǎn)波形。

 

圖 8 CAN幀ID爲0x30E的波形(xing)

對其做眼(yan)圖如圖 9所示。

 

圖 9 CAN幀ID爲(wèi)0x30E的眼圖

分(fèn)析：通過眼圖看(kàn)，其下降沿陡峭(qiào)下降到 0，但随即(ji)發生“地彈”，說明(míng)其上面安裝了(le)終端電阻，但它(tā)不是實際的終(zhōng)端，而從實際終(zhōng)端反射過來的(de)波導緻“地彈”。

綜上所述

·  （1）系(xi)統的CAN波形存在(zai)比較嚴重的“地(di)彈”現象，有導緻(zhi)位錯誤的風險(xiǎn)。通過前面的分(fèn)析，是由于阻抗(kàng)不連續導緻。而(er)産生阻抗不連(lian)續，是總線終端(duān)電阻安裝位置(zhi)錯誤；

·  （2）空調CAN接口(kǒu)上串聯過大的(de)電阻導緻分壓(ya)。差分電壓幅值(zhi)隻有1.5V，容易在溫(wēn)度變化、線路老(lǎo)化或者電壓波(bō)動時，導緻位錯(cuò)誤甚至通訊不(bú)上。請控制串聯(lian)電阻不要大于(yu)5.1歐；

·  （3）傳輸導線或(huo)者接頭阻抗過(guo)大。導緻上升斜(xié)率過緩，隻有3.55V/us，遠(yuǎn)低于16V/us的規範值(zhi)，容易在溫度變(biàn)化或者長期運(yùn)行時，導緻重同(tóng)步失敗的位錯(cuo)誤或者CRC校驗錯(cuo)誤，甚至無法通(tong)訊。請檢查傳輸(shū)導線規格，與接(jiē)頭電阻，保證阻(zu)抗小于0.02歐/m（或者(zhe)等效爲線徑爲(wei)1.0mm2以上的屏蔽雙(shuāng)絞線）。