摘要：現(xiàn)代汽車越來越多地采用電子裝置控制，如發(fā)動機(jī)的定時、注油控制，加速、剎車控制以及復(fù)雜的抗鎖定剎車系統(tǒng)等。這些電子控制單元（ECU）需要檢測以及交換各種大量數(shù)據(jù)，CAN總線可以很好解決這一數(shù)據(jù)傳輸和交換等問題。本文針對CAN總線的通信接口的抗干擾處理推薦了CAN總線隔離收發(fā)模塊的解決方案。

關(guān)鍵詞：CAN總線、汽車電子、CAN總線隔離收發(fā)模塊

一、引言

為了滿足汽車的安全性、乘坐的舒適性以及駕駛的便捷和人性化，尤其是低排放和低油耗等要求，越來越多的電子傳感、檢測、控制技術(shù)應(yīng)用于汽車行業(yè)中，如何高效處理這些電子設(shè)備的數(shù)據(jù)之間的交換與通訊以及減少通訊過程中的線速進(jìn)而減小整車質(zhì)量與布線難度，成為汽車電子行業(yè)的瓶頸。CAN總線在汽車電子行業(yè)的應(yīng)用，標(biāo)志著該行業(yè)向著網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。

20世紀(jì)80年代德國Bosch公司開發(fā)CAN總線，CAN總線即控制區(qū)局域網(wǎng)絡(luò)其英文名為ControllerAreaNetwork,主要應(yīng)用于汽車的監(jiān)控與控制設(shè)計。具有以下特性：

●低成本的現(xiàn)場總線，只需要一條雙絞線，可減少現(xiàn)場布線成本與難度；

●極高的總線利用率，多組工作方式；

●很遠(yuǎn)的數(shù)據(jù)傳輸距離(長達(dá)10km)；

●高速的數(shù)據(jù)傳輸速率(高達(dá)1Mbps)，數(shù)據(jù)交換及時；

●可根據(jù)報文的ID決定接收或屏蔽該報文，減少總線通訊時間；

●可靠的錯誤處理和檢錯機(jī)制，保證通訊質(zhì)量可靠；

●發(fā)送的信息遭到破壞后，可自動重發(fā)；

●節(jié)點在錯誤嚴(yán)重的情況下具有自動退出總線的功能，防止總線崩潰；

●報文不包含源地址或目標(biāo)地址，僅用標(biāo)志符來指示功能信息、優(yōu)先級信息；

由于CAN總線具有高效可靠性，一經(jīng)產(chǎn)生便得到了廣泛應(yīng)用。目前具有多種基于CAN總線的協(xié)議產(chǎn)生，如SAEJ1939、SAE2248等。CAN總線的應(yīng)用實現(xiàn)了電動汽車內(nèi)部的數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理與數(shù)據(jù)共享，滿足了汽車電子控制器方面的網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展需求。

二、汽車電子控制系統(tǒng)構(gòu)成

現(xiàn)代汽車主要的ECU單元如圖1所示，整車的通訊單元主要由兩條總線構(gòu)成：高速總線、低速總線。高速CAN總線主要是用于驅(qū)動系統(tǒng)和安全系統(tǒng)兩部分，通訊速率一般高達(dá)500kb/s，面對的主要是實時性要求

圖1.汽車電子控制單元結(jié)構(gòu)圖

較高的控制單元，如發(fā)動機(jī)控制系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)、ABS防爆系統(tǒng)等汽車安全性能系統(tǒng)。低速CAN總線主要用于舒適系統(tǒng)和車身系統(tǒng)等部分，通訊的速率比較低，只有100kb/s，面對的主要是實時性要求不高的控制單元，如車門防盜、燈光控制系統(tǒng)、娛樂系統(tǒng)等汽車車身控制系統(tǒng)。對于一些高級轎車，甚至有專門的低速語音娛樂總線，用以提高坐車的舒適度。

汽車各個控制ECU通過CAN總線進(jìn)行通訊如圖2所示，在進(jìn)行CAN總線通訊時除了要解決好電磁屏蔽之外和端口匹配防反射電阻外，還需要解決各種ECU或者儀表的“地”問題，即信號參考點的電位差。因為不同ECU、儀表的信號要互傳互送，那就存在信號參考點問題，換句話說，要使信號完整傳送，理想化的情況是所有ECU、儀表的信號只能有一個共同的參考點，即所有ECU儀表信號的參考點之間電位差為“零”。但是在實際環(huán)境中，這一點幾乎是不可能的，這里面除了各個ECU、儀表“地”之間的連線電阻產(chǎn)生的電壓降之外，尚有各種ECU、儀表在不同環(huán)境受到的干擾不同，以及各個通訊接點等接觸質(zhì)量不同等諸多因素，致使各個“地”之間有差別，影響了通訊質(zhì)量。并且CAN接口都有共模電壓的限值，需要設(shè)計者考慮這一參數(shù)的影響。為了信號傳輸?shù)目煽颗c穩(wěn)定，必須要考慮各個信號端口的隔離處理，來消除ECU、儀表接入系統(tǒng)后的“地”電位差和共模噪聲干擾的問題。

目前，采用電氣隔離方案是解決“地”電位差的有效方法：即單獨的ECU單元與外部總線通訊采用隔離方式進(jìn)行通訊，切斷總線與ECU單元之間共地的耦合路徑。金升陽CAN總線隔離收發(fā)模塊可以很好地解決各個ECU之間和儀表之間的“地”電位差的問題；供電部分采用電磁進(jìn)行隔離，專門的電源降功耗處理，可降低模塊的表面溫度，延長使用壽命；信號傳輸部分采用專用的電磁芯片替代傳統(tǒng)的光耦方案，可顯著改善光耦由于長久使用帶來的光衰問題，更可靠。

圖2.CAN隔離收發(fā)模塊連接示意圖

三、CAN總線隔離收發(fā)模塊的應(yīng)用

金升陽CAN隔離收發(fā)模塊是集成收發(fā)芯片、隔離芯片及DC/DC隔離電源于一體的接口隔離收發(fā)模塊，可完全取代傳統(tǒng)的光耦隔離方案。過去需要收發(fā)芯片+隔離芯片/光耦/+隔離電源才能實現(xiàn)的整個隔離收發(fā)方案，現(xiàn)在僅需要采用一個CAN隔離收發(fā)模摸便可輕松實現(xiàn)，大大簡化了客戶的設(shè)計。

相對于以前的組合方案，TD_CAN系列總線隔離收發(fā)模塊具有以下優(yōu)點：

1）更小體積：一般客戶采用集成方案體積會比我司產(chǎn)品大25%以上，大大減少占板面積，滿足汽車電子的小體積需求。

2）更低功耗：在隔離電源設(shè)計上，針對實際通信的電源消耗作了優(yōu)化設(shè)計，能夠在保證通信質(zhì)量的同時，功耗更低；

3）更可靠的長期穩(wěn)定性設(shè)計：在隔離數(shù)據(jù)傳輸上，針對傳統(tǒng)的光耦進(jìn)行數(shù)字隔離的電路作了優(yōu)化與嚴(yán)格的設(shè)計測試，保證數(shù)字隔離傳送在整個高低溫工作范圍內(nèi)傳輸可靠，并且設(shè)計中考慮了光耦的長期工作的CTR衰減問題，改用更可靠的數(shù)字隔離芯片，保證了產(chǎn)品的長期可靠性工作。

4）更高端口防護(hù)能力：我司產(chǎn)品有針對端口做專門的防護(hù)設(shè)計，內(nèi)部管腳集成防靜電器件；

5)更高的隔離耐壓3000VDC：可滿足汽車、煤礦等環(huán)境要求場合高的場合；

6)完整可靠性測試驗證：我們產(chǎn)品經(jīng)過了重重可靠性試驗驗證；

7)完整的EMC防護(hù)電路推薦：考慮到汽車工作的電氣復(fù)雜性，我司產(chǎn)品有專門的EMC推薦電路可供客戶實現(xiàn)更高的防護(hù)級別。

TD_CAN系列總線隔離收發(fā)器與控制器的接線圖如圖3所示。

圖3.CAN隔離收發(fā)器應(yīng)用接線圖

圖4.CAN隔離收發(fā)模塊示意圖

四、小結(jié)

根據(jù)各種不同場合的需求，CAN總線產(chǎn)生了不同的協(xié)議需求來滿足各個場合的應(yīng)用，如過程工業(yè)、數(shù)控機(jī)床、電梯控制、機(jī)器人、安防等行業(yè)。采用模塊化設(shè)計的CAN總線隔離收發(fā)模塊，可以縮短端口電氣設(shè)計的時間，縮短工程的開發(fā)周期，提高系統(tǒng)的可靠性。