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

關鍵詞：CAN總線、汽車電子、CAN總線隔離收發模塊

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、控制技術應用于汽車行業中，如何高效處理這些電子設備的數據之間的交換與通訊以及減少通訊過程中的線速進而減小整車質量與布線難度，成為汽車電子行業的瓶頸。CAN總線在汽車電子行業的應用，標志著該行業向著網絡化的方向發展。

20世紀80年代德國Bosch公司開發CAN總線，CAN總線即控制區局域網絡其英文名為ControllerAreaNetwork,主要應用于汽車的監控與控制設計。具有以下特性：

●低成本的現場總線，只需要一條雙絞線，可減少現場布線成本與難度；

●極高的總線利用率，多組工作方式；

●很遠的數據傳輸距離(長達10km)；

●高速的數據傳輸速率(高達1Mbps)，數據交換及時；

●可根據報文的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制，保證通訊質量可靠；

●發送的信息遭到破壞后，可自動重發；

●節點在錯誤嚴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地址，僅用標志符來指示功能信息、優先級信息；

由于CAN總線具有高效可靠性，一經產生便得到了廣泛應用。目前具有多種基于CAN總線的協議產生，如SAEJ1939、SAE2248等。CAN總線的應用實現了電動汽車內部的數據的統一管理與數據共享，滿足了汽車電子控制器方面的網絡化發展需求。

二、汽車電子控制系統構成

現代汽車主要的ECU單元如圖1所示，整車的通訊單元主要由兩條總線構成：高速總線、低速總線。高速CAN總線主要是用于驅動系統和安全系統兩部分，通訊速率一般高達500kb/s，面對的主要是實時性要求

圖1.汽車電子控制單元結構圖

較高的控制單元，如發動機控制系統、發電機控制系統、ABS防爆系統等汽車安全性能系統。低速CAN總線主要用于舒適系統和車身系統等部分，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、娛樂系統等汽車車身控制系統。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總線進行通訊如圖2所示，在進行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”之間的連線電阻產生的電壓降之外，尚有各種ECU、儀表在不同環境受到的干擾不同，以及各個通訊接點等接觸質量不同等諸多因素，致使各個“地”之間有差別，影響了通訊質量。并且CAN接口都有共模電壓的限值，需要設計者考慮這一參數的影響。為了信號傳輸的可靠與穩定，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隔離收發模塊連接示意圖

三、CAN總線隔離收發模塊的應用

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

相對于以前的組合方案，TD_CAN系列總線隔離收發模塊具有以下優點：

1）更小體積：一般客戶采用集成方案體積會比我司產品大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：在隔離電源設計上，針對實際通信的電源消耗作了優化設計，能夠在保證通信質量的同時，功耗更低；

3）更可靠的長期穩定性設計：在隔離數據傳輸上，針對傳統的光耦進行數字隔離的電路作了優化與嚴格的設計測試，保證數字隔離傳送在整個高低溫工作范圍內傳輸可靠，并且設計中考慮了光耦的長期工作的CTR衰減問題，改用更可靠的數字隔離芯片，保證了產品的長期可靠性工作。

4）更高端口防護能力：我司產品有針對端口做專門的防護設計，內部管腳集成防靜電器件；

5)更高的隔離耐壓3000VDC：可滿足汽車、煤礦等環境要求場合高的場合；

6)完整可靠性測試驗證：我們產品經過了重重可靠性試驗驗證；

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

TD_CAN系列總線隔離收發器與控制器的接線圖如圖3所示。

圖3.CAN隔離收發器應用接線圖

圖4.CAN隔離收發模塊示意圖

四、小結

根據各種不同場合的需求，CAN總線產生了不同的協議需求來滿足各個場合的應用，如過程工業、數控機床、電梯控制、機器人、安防等行業。采用模塊化設計的CAN總線隔離收發模塊，可以縮短端口電氣設計的時間，縮短工程的開發周期，提高系統的可靠性。