CAN总线抗干扰的六种解决方案

CAN 总线虽然有强大的抗干扰和纠错重发机制，但目前 CAN 被大量应用于比如新能源汽车、轨道交通、医疗、煤矿、电机驱动等行业，而这些场合的电磁环境比较严重，所以如何抗干扰是工程师最为关心的话题。

前段时间有个做模台流水线的用户，一条流水线有两路 CAN 总线，一条总线有 22 个控制节点，每当启动模台就会出现严重的失控状态，模台下是由很多电机驱动的，而操控台下放着变频器。使用 CANScope 测试发现，在未启动电机情况下，控制台的 CAN 通信正常，帧统计结果显示 100%成功率，如图 1 所示。

此时 CAN 波形图如图 2 所示。

图 2 模台静态状态下波形图

然而当模台电机启动之后，CAN 总线质量急剧下滑，使用 CANScope 帧统计结果显示成功率仅仅为 16.33%，如图 3 所示。

图 3 模台动态态状态下帧统计

此时的 CAN 波形图如图 4 所示，可见干扰导致波形严重畸变。

图 4 模台动态态状态下波形图

干扰导致帧错误增加，重发频繁，正确数据不能及时到达。所以如何解决干扰带来的困扰呢，下面就为大家介绍 CAN 总线抗干扰的六大解决方案。

一、增加 CAN 接口电气隔离

干扰不但影响信号，更严重的会导致板子死机或者烧毁，所以接口和电源的隔离是抗干扰的第一步。隔离的主要目的是：避免地回流烧毁电路板和限制干扰的幅度。如图 5 所示，未隔离时，两个节点的地电位不一致，导致有回流电流，产生共模信号，CAN 的抗共模干扰能力是 -12~7V，超过这个差值则出现错误，如果共模差超过±36V，烧毁收发器或者电路板。

图 5 差分抗干扰示意图

传统用户都采用分立器件自己搭建隔离电路的方式，如今大家更青睐使用隔离收发器做防护隔离。如图 6 所示的 CTM 系列隔离收发器的总线隔离技术，与传统分立器件方案相比，产品具备更高的集成度与可靠性，能够有效提升总线通信防护等级，极大程度降低用户的采购与生产成本，大幅缩短开发周期。

图 6 隔离 CAN 收发器

增加 CTM 隔离模块后，如图 7 所示。隔绝了地回流，限制了干扰幅度。

图 7 隔离地回流

二、共 CAN 收发器的信号地

共 CAN 收发器的信号地，并且 CAN 使用三线制信号传输。可以有效抑制共模干扰。注意图 8 中屏蔽层为近距离外壳等电势的情况下的接线方法。

图 8 CAN 信号共地

三、CAN 线保证屏蔽效果与正确接地

带屏蔽层的 CAN 线，可以良好地抵御电场的干扰，等于整个屏蔽层是一个等势体，避免 CAN 导线受到干扰。如图 9 所示，为一个标准的屏蔽双绞线，CANH 和 CANL 通过铝箔和无氧铜丝屏蔽网包裹，如图 9 所示。需要注意的是和与接插件的连接，在连接部分允许有短于 25mm 的电缆不用双绞。

图 9 屏蔽双绞线

使用屏蔽线后，在屏蔽层没有良好接大地前，屏蔽线是不起作用的。所以我们要选择一种接地方式。这里有三种外壳接地法：屏蔽层单点接地，可以避免地回流（不同位置的地电位不同而导致的产生电流），如图 10 所示。节点信号地阻容接自身外壳，如图 11 所示。屏蔽层分段屏蔽法，如图 12 所示，多点接地可以加快高频干扰信号的泄放，屏蔽层单点接地可以避免地回流，所以要根据实际情况选择合适的接地方式。

图 10 屏蔽层单点接地

图 11 节点信号地阻容接自身外壳地

图 12 屏蔽层分段屏蔽法

在 CAN 的应用场合，由于距离一般都较远，所以大部分采用屏蔽层单点接地的原则，在干线上找一点将屏蔽层用导线直接接地，该点应是所受干扰最小的点，同时该点位于网络中心附近。

四、提高 CAN 线双绞程度

CAN 总线为了提高抗干扰能力，采用 CANH 和 CANL 差分传输，达到效果就是遇到干扰后，可以“同上同下”，最后 CANH-CANL 的差分值保持不变。如图 13 所示。

图 13 差分抗干扰示意图

CANH 和 CANL 要紧密地绞在一起，通常双绞线只有 33 绞 / 米，而在强干扰场合，双绞程度要到 45-55 绞 / 米才能达到较好的抗干扰效果。另外线缆的芯截面积要大于 0.35~0.5mm²，CAN_H 对 CAN_L 的线间电容小于 75pF/m，如果采用屏蔽双绞线，CAN_H(或 CAN_L)对屏蔽层的电容小于 110pF/m。可以更好地降低线缆阻抗，从而降低干扰时抖动电压的幅度。

表 1 双绞线对磁干扰的衰减比

五、增加信号保护器

增加信号保护器，提高抗浪涌群脉冲等 EMC 能力。上面的隔离只是阻挡，如果干扰强度很高，比如达到 2KV 浪涌，隔离也会被破坏。所以要想达到更高的防护等级，必须增加防浪涌电路。如图 14 所示，为 ZLG 致远电子高速总线标准防浪涌保护电路。

注意，由于电容较大，一条总线最多增加 2-3 个保护器！

图 14 信号保护电路

六、CAN 转为光纤传输

增加 CAN 转光纤转换器。解决超强干扰（比如远程激光与电磁脉冲发射装置）与雷击问题，光纤是一种无法被电磁干扰的传输介质，如图 15 所示，为使用 ZLG 致远电子的 CANHub-AF1S1 和 CANHub-AF2S2 组合的光纤主干网络。

图 15 使用光纤转换器实现光纤主干传输

以上就是今天跟大家分享的总线抗干扰的六种解决方案，在文章最后再补充在现场常用的两种手段吧。

1、CAN 线远离干扰源

远离干扰源是最简单的抗干扰方法，如果 CAN 线与强电干扰源远离 0.5 米，干扰就基本影响不到了。可是在实际布线中，经常遇到空间太小而不得不和强电混在一起，如图 16 所示，为某新能源汽车的驱动系统，CAN 线与驱动线混在一起，结果导致干扰很大。只要与 CAN 并行的驱动线，具备 2A/ 秒的电流变化，就会耦合出强磁场而导致 CAN 线上出现干扰脉冲。所以 CAN 线必须要和电流会剧烈变化的线缆远离。比如继电器、电磁阀、逆变器、电机驱动线等。

图 16 干扰现场图

而解决这个问题，只能尽量保证强电与弱电分开捆扎，距离上尽量远离。实在避不开，也要垂直交叉，也不能平行布线。

2、增加磁环或者共模电感

使用抗干扰的磁环，目的就是削弱特定频率的干扰的影响。如图 17 所示，为增加磁环的效果。CAN 差分线缆可以两线一起加，或者单端单独加。

图 17 增加磁环

需要注意的是增加磁环或者共模电感时，不可随意添加，如果适应频率不对，则会影响正常信号通讯哦。

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