汽車CAN通訊的基礎淺析及CAN光轉使用注意要點

郭 豪 林 青

（威凱檢測技術有限公司 廣州 510663）

引言

現(xiàn)如今，CAN總線已在新能源汽車動力系統(tǒng)，以及車身系統(tǒng)的網絡通訊與控制中充分得到應用。在汽車零部件的電磁兼容試驗中，帶有CAN通訊模塊的產品需要將信號隔離至屏蔽室外部，因此就需要使用光電轉換器，而光電轉換器中的部分電路多少會影響試驗結果，因此需要格外注重實用方法。

1 CAN簡介

CAN是Controller Area Network的縮寫，是國際標準化串行通信協(xié)議[1]。

在當前的新能源汽車產業(yè)中，陸陸續(xù)續(xù)開發(fā)了出來各種各樣的電子控制系統(tǒng)；但是由于控制單元之間的通訊所使用的數據類型不盡然相同，系統(tǒng)中的總線構成情況也越來越復雜，線束得數量也隨之增加。1986年，德國的電氣商BOSCH公司開發(fā)出了面向汽車的CAN通信協(xié)議，旨在“減少線束的數量”、“通過多個局域網，進行大量數據的高速通信”。CAN的出現(xiàn)，有效解決了原有的汽車控制單元與控制器之間的繁瑣復雜問題[2]。

2 CAN FD的誕生

在汽車領域，隨著人們對數據傳輸帶寬要求的不斷增加，傳統(tǒng)的CAN總線由于帶寬的限制，已經難以滿足人們對數據傳輸帶寬的需求。此外，為了縮小CAN網絡（最大為1 MBit/s）與FlexRay（最大為10 MBit/s）網絡的帶寬差距，BOSCH公司推出了CAN FD。

CAN FD（CAN with Flexible Data-Rate），即可變速率的CAN。CAN FD繼承了傳統(tǒng)CAN總線的主要特性及優(yōu)勢，并且彌補了CAN總線帶寬和數據場長度的制約。在傳統(tǒng)CAN的基礎上增加傳輸速率，數據域可傳輸64Byte，也就是可變速的功能。CAN FD 繼承了CAN總線的主要特性，提高了CAN總線的網絡通信帶寬，改善了錯誤幀漏檢率，同時可以保持網絡系統(tǒng)大部分軟硬件，特別是物理層不變[3]。

3 CAN FD和CAN的區(qū)別

1）可變速率：從控制場中的BRS位到ACK場之前（包含CRC分界符）為可變速率，其余部分均為傳統(tǒng)CAN總線用的速率。兩種速率各自有一套位時間定義寄存器，他們之間除了采用不同的位時間單位之外，位時間各段的分配比例也不同。

2）數據域長度：CAN FD對數據場的長度進行了比較大的補充，DLC最大支持64個字節(jié)，在DLC≤8時，與傳統(tǒng)CAN總線是一樣的；而DLC＞8時，則有一個非線性的增長，最大的數據場長度可達64字節(jié)。

3）CRC檢驗場：在CAN FD協(xié)議標準化的過程中，通信的可靠性也得到了一定程度的提高。由于DLC的長度不同，在DLC＞8時，CAN FD選擇了兩種新的BCH型CRC多項式[4]。

4 使用光電轉換器對帶有CAN通信模塊的汽車零部件進行EMC實驗的注意要點

隨著CAN通信的不斷完善，帶有CAN通信模塊的汽車零部件產品也越來越多，尤其像車載電池包、電池管理系統(tǒng)、車載充電樁等一系列新能源汽車產品，在整車上都需要通過CAN通信控制模塊對其控制；在測試中為了盡可能模擬整車上的實際使用情況，保證測試數據的準確性，需要使用CAN光電轉轉器實現(xiàn)對CAN信號的隔離。在使用光電轉換器對CAN信號進行隔離的時候，需要注意以下要點：

1）CAN通信的工作頻率為偏向低頻率，因此在進行輻射發(fā)射(RE)低頻段天線和傳導發(fā)射(CE)試驗的時候，需要注意背景噪聲是否有雜波，避免對實驗結果產生不必要的影響。此時，可將光電轉換器的供電端負極接到銅板上，以此跟大地連接；也可以將DB9上的信號地接到銅板上，跟大地連接，將其信號經過大地過濾干凈（DB9定義見圖1及數據見圖2和圖3）。

2）有部分客戶提供的CAN卡（連接至上位機），自帶有120Ω的電阻，此時應該注意光電轉換器上面的內置電阻，應該調至off檔位，確保兩個光電轉換器之間的電阻正常匹配，CAN才能夠正常通信。電阻檔上面分別有“120Ω”、“60Ω”以及“∞”，需要注意的是當CAN卡上面未連接120Ω電阻時，光電轉換器上面需要打至“120Ω”以及on檔位（見圖4）。

3）汽車零部件產品的 CAN 通信大部分是雙向通信（以車載電池包、車載充電樁最為常見）；極少部分是單向通訊 （比如車載儀表盤）；而某些光電轉換器只有單路通信，對于雙向通信的產品，此時就需要兩個光電轉換器對產品實現(xiàn)控制上電 （見圖5）。

圖1 DB 9定義圖

圖2 正常背景數據

圖3 異常背景數據

圖5 使用兩個CAN 光轉

圖6 DB9前端加磁環(huán)

4）進行抗擾類實驗，使用光電轉換器對 CAN 通信進行隔離時，需要注意將光電轉換器盡可能地遠離干擾源；有必要時，可以使用磁環(huán) （具體參數需要看相對應的頻段）在DB9前端抑制CAN 信號，防止受到輻射場的干擾（見圖6）。

5 結語

CAN 總線作為一種可靠的汽車計算機網絡總線，在汽車上已經得到廣泛的應用，從而使得各汽車計算控制單元能夠通過 CAN 總線共享所有的信息和資源，以達到提高系統(tǒng)可靠性和可維護性、降低成本、更好的匹配和協(xié)調各個控制單元的目的，進而使得汽車的動力性、操作穩(wěn)定性、完全性都上升到新的高度。