技術分享 | CAN總線的傳輸距離與采樣點、傳輸時延之間的關系，你弄明白了嗎？

CAN總線的最大傳輸距離與波特率、采樣點、傳輸時延之間存在什么樣的關系呢？如何理論計算出最大傳輸距離呢？本文將詳細解答這兩個問題。

延時原理分析

影響CAN通信距離的主要因素是什么呢？經(jīng)過我們實際測試長距離通信線纜帶來的寄生參數(shù)（容抗、阻抗和感抗）影響總體較小，并且可以通過調節(jié)匹配電阻削減寄生參數(shù)的影響，因此影響通信距離的主因并不是寄生參數(shù)而是另有其它。

CAN總線采用多主從通信模式，標準CAN幀報文如圖1所示可分為7段，其中ACK域分為ACK SLOT（應答間隙）和ACK DEL（應答界定符）。CAN發(fā)送節(jié)點發(fā)出的ACK域為兩個“隱性”位，當接收節(jié)點完成正確接收后，將會在ACK SLOT向發(fā)送節(jié)點發(fā)送“顯性”位以示應答。發(fā)送節(jié)點回讀到ACK SLOT呈顯性狀態(tài)時，就認為總線上進行了有效的應答。發(fā)送節(jié)點如果沒有在應答間隙內檢測到有效的顯性位，則會判斷總線應答錯誤，因此通信延時是影響通信距離的主因。整個線路傳播延時必須足夠小，以確保CAN發(fā)送節(jié)點在ACK SLOT內接收到有效的應答信號，以下討論將圍繞傳播延時展開。

圖1?CAN標準幀報文格式

CAN信號的整個傳播涉及到的延時有控制器延時、收發(fā)器和隔離延時、線纜延時，信號流向及延時框圖如圖2所示。理論上必須使整個傳播延時和Σt小于采樣點位置，否則發(fā)送節(jié)點將接收不到正確的顯性(Vdiff>0.9V)應答信號，導致通信異常，CAN總線顯性應答延時說明如圖3所示。

圖2?CAN總線信號流向及延時框圖

圖3?CAN總線顯性應答延時說明簡易圖

? 理論計算

通過上述原理分析，我們得出只有滿足關系式Ts≥2*(t1+t2+t3)，t3=L線長*(Cable delay)，通信才能成功，將關系式進行轉換L線長≤(Ts-2*t1-2*t2)/2*(Cable delay)。

經(jīng)過我們實際測試我司的?CSM330A?的收發(fā)器和隔離延時t2=140ns，控制器延時t1=50ns，CSM330A在1M CAN波特率采樣位置為75%*1us=750ns，實測RVSP通信線纜每米延時Cable delay=5.5ns。將數(shù)值帶入上述關系式中得出CSM330A 在1M波特率下通信線長滿足L線長≤33.6m。

現(xiàn)場測試

如何延長通信距離

視頻中有延長通信距離方案，本文做簡要概述。如圖4所示為1M CAN協(xié)議傳輸距離簡圖，接入1個用CSM330A方案搭建的CAN_Repeater，通信距離可延長至66m如圖5所示，接入n個CAN_Repeater后通信距離可延長至(n+1)*33m。

圖4?1Mbps的CAN傳輸距離簡圖

圖5?接入1個CAN_Repeater后傳輸距離簡圖

? 總結

1. 得知各部分延時和采樣位置后，我們可以通過關系式L線長≤(Ts-2*t1-2*t2)/2*(Cable delay)預估出來不同CAN波特率下的最大傳輸距離；

例如：波特率為10kbps，采樣點在80%的CSM330A傳輸?shù)睦碚摼嚯x為L線長≤(80000-280-100)/2*5.5≈7.2km。

通過CSM330A搭建的CAN中繼模組有效延長通信距離，該中繼模組穩(wěn)定可靠、成本低、開發(fā)周期短，CAN_Repeater配套工程文檔可在ZLG致遠電子公眾號上回復”CSM330A"獲取。