详解CAN物理层调试基础知识及举例

控制器局域网(CAN)标准不断发展，正用于车载和工业网络之外的许多新应用。支持它的微处理器变得普遍且价格低廉，并且开源协议栈让其非常容易访问，同时也容易添加至新系统。有许多CAN板可用于BeagleBone (Capes)、Stellaris (BoosterPacks)、Arduino (Shields)和其他微处理器开发平台。当设计人员的系统上电却不能工作时，应该怎么办呢?本文为您介绍一种对CAN物理层进行调试的较好工程方法。我们将介绍基础调试步骤，并说明一个CAN物理层应有的性能，以及找出问题的一些小技巧。

调试基础知识

ISO11898-2和ISO11898-5规范详细说明了高速CAN物理层即收发器。掌握CAN物理层的基础知识以后，利用简单的调试工具便可迅速地找出常见问题。所需的基本实验室工具为示波镜、数字万用表(DMM)和一个电源。如果想要深入了解问题，则需要更高精度和更复杂的工具。这种问题已非本文讨论的范畴，但是这里介绍的基础知识可帮助确定问题所属类别，以及进一步调试所需的其他工具。一个由 TI 组装的CAN演示系统以及TI的SN65NVD255D评估模块(EVM)1，用于演示硬件。另外，我们还使用了其他一些东西，例如：CAN连接器外接头电缆和芯片钩(抓住收发器引脚，让其连接至电缆，以更加容易地连接示波器指针，如图1所示)。

图1：CAN物理层调试基本工具

连接检查

开始调试对话时，使用DMM确认印刷电路板(PCB)上连接如我们所预计的那样—系统未上电。这看似很基础，但令人吃惊的是，这个简单的方法却解决了许多简单问题。所有人都会认为原理图、布局和制造工艺没有问题，但不幸的是，它们有时却并不如人愿。子插件板位置错误、虚焊和错误端接或者连接的电缆，都是一些常见问题。利用DMM电阻设置来确认所有线路和连接均正确。图2所示CAN应用的简易原理图用作参考。

图2：CAN应用简易原理图

表1列举了需要检查的PCB和网络连接。收发器引脚和PCB上其他相关连接之间的电阻应为0Ω，除非设计使用表注里介绍的一些选项。例如，限流串联电阻器、总线端接电阻器或者数字I/O的上拉或下拉电阻器。

表1：PCB和CAN收发器连接总结

总线端接检查

大多数CAN标准均规定使用一条单双绞线(有或者无屏蔽层)，其特性阻抗(Z0)为120Ω。应使用与线路特性阻抗相同的电阻器来端接电缆两端，以防止信号反射。端接可以为电缆上总线端的单120Ω电阻器，如图3中CAN总线左侧所示;或者，它也可以位于某个端接节点内，如图3右侧所示。不得将端接电阻从总线移除。如果CAN端接电阻负载不存在，则信号完整性会受到影响，并且无法满足比特计时要求。如果总线共模电压滤波和稳压理想，则使用分裂端接，如图2所示。在该图中，每个电阻器均为60Ω，而分裂电容器范围为1 nF到100 nF，具体取决于共模滤波器所需的频率。2CANH到CANL的测得电阻应介于45Ω到65Ω之间，以达到CAN标准、两个端接电阻器的并联阻抗以及并联节点输入电阻的容差。应根据可能碰到的极端故障状态(通常为系统接地的电源电压)来确定端接电阻器的额定功率。

图2：CAN应用简易原理图

电源检查

在系统上电以前，应首先检查CAN收发器的一个或者多个电源。根据所使用的收发器类型，VCC应为3.3V或者5V。不管您相不相信，在一些情况下，丢失VCC确实为问题的根本原因。因此，我们应确保VCC存在于收发器的VCC引脚上。只需检查DMM，便可确认有电源存在。必须注意电源短路接地(不幸的是，该引脚就在VCC引脚的旁边)。

显性状态(60Ω总线负载时约为60mA)和隐性状态(10mA)之间所需电流(ICC)差约为50mA。显性总线状态期间端接电阻差分电压的产生需要这50mA的电流差，并且其随总线负载变化而变化。DMM还可用在电流模式下，以验证预计ICC电源电流。由于CAN的开关性质，DMM测得的电流伪平均读取值。

建议本地旁路电容器至少应为4.7μF，以确保总线状态转换期间有足够的电源缓冲。否则，收发器的突入电流可能会引起明显的电压电源纹波。我们可以使用一个示波器来验证电源电压是稳定，还是随着总线状态变化而变化。转换期间，最好不要让收发器“饥饿”。收发器受到其限流的保护，但是，当收发器试图驱动总线至显性状态时，如果其中一条总线短路至电源或者接地，则电源电流极高。如果电压调节器无法提供这么多的电流，则电压电平降至收发器规格范围以下，甚至可能会低至触发收发器的欠压锁定状态。