在CAN通信系统的故障排查过程中，常常遇到因边沿缓慢而导致的通信错误。
边沿缓慢主要影响CAN网络数据传输的准确性，进而导致网络中的错误帧增多。
以下通过一个实际案例对边沿缓慢现象的成因进行分析，并提供有效的排查与优化建议。
1
现场测试数据分析
图 1展示了通过ZPS-CANFD采集的现场CAN网络报文和波形数据。
从报文数据可以看出，所有的帧均为错误帧，说明CAN网络出现了通信错误。
结合波形数据观察，发现CAN差分信号的波形边沿十分缓慢，呈现出类似镰刀形状。
这种缓慢的边沿形态，会影响CAN通信中显隐性电平的识别，进而导致通信错误的发生。
图1：差分波形边沿缓慢现象
通过对该波形的分析，发现边沿的上升和下降时间都较长，且波形中不再呈现理想的快速上升和下降。
2
边沿时间测量
通过ZPS的【总线边沿测量】功能，测量了该CAN差分波形的上升和下降时间。
结果显示：
上升时间约为300ns
下降时间约为600ns
图2：差分波形边沿时间测量结果
3
原因排查
边沿缓慢的现象，通常与CAN总线差分电平的充放电过程密切相关。
我们知道，当CAN总线电平从低变高（上升沿）时，收发器的Q1、Q2导通，电容开始充电；当电平从高变低（下降沿）时，Q1、Q2断开，电容通过终端电阻放电。
由于电容的充放电需要一定的时间，电容值越大，充放电所需时间（即时间常数τ）越长，导致波形的上升和下降时间增加。
根据电容充放电的时间常数公式：
当电阻值（R）固定时，电容（C）越大，时间常数τ值就越大，进而导致边沿缓慢的现象。
通过对现场CAN网络节点电路的检查，发现收发器外围电路中存在TVS管、气体放电管等保护器件。
这些器件的结电容会影响总线的信号传输，尤其是当选用结电容较大的TVS管时（如电容值在几百到上千皮法范围内），会导致总线的电容增加，进而在高速通信时产生边沿缓慢的波形。
图3：CAN总线充放电示意图
图4：CAN节点电路
4
优化措施与效果
针对上述问题，优化措施是将CAN节点收发器外围电路中的TVS管去除。
去除TVS管后，再次进行现场数据采集，观察到波形和边沿时间有了显著改善。
具体表现为：
CAN差分信号的上升时间从原来的300ns减少到30ns左右
CAN差分信号的下降时间从原来的600ns减少到40ns左右
图5：优化后的CAN差分波形
图6：优化后CAN差分波形边沿时间测量结果
通过去除结电容较大的保护器件，CAN网络的边沿缓慢现象得到了有效的改善，通信稳定性也得到了显著提升。
5
CAN网络边沿缓慢原因排查建议
当CAN网络出现边沿过于缓慢的现象时，可以从以下几个方向进行排查和优化：
检查CAN节点电路中的保护器件：确认是否存在等效电容较大的保护器件（如TVS管、气体放电管等）。选用结电容较小的保护器件，以减少对总线信号的影响。
检查节点电路中的电容：检查CAN节点电路是否存在过大的对地电容（如CAN对地电容、CANL对地、CANH对CANL的电容）。过大的电容会显著降低信号的边沿速度，影响通信的正常进行。
检查通信线缆的寄生电容：确保通信线缆的选择合理，避免选用寄生电容过大的线缆。电缆的长度和类型也会影响信号的传输质量。
优化总线布局：在设计CAN总线时，尽量避免长距离的连接，保持合理的总线长度和节点间距，以减少寄生电容的影响。
通过上述排查和优化措施，可以有效避免因边沿缓慢引起的CAN通信错误，确保系统的稳定性和可靠性。
*博客内容为网友个人发布，仅代表博主个人观点，如有侵权请联系工作人员删除。
发布文章
