地鐵列車CAN總線通訊信號質(zhì)量檢驗(yàn)分析
軌道交通地鐵車輛中，目前已經(jīng)大量使用CAN總線通訊。利用其出色的實(shí)時(shí)性與糾錯(cuò)能力，提升了車輛各部件的控制效率和可靠性。但在地鐵運(yùn)營中，某些線路也會出現(xiàn)偶發(fā)的CAN通訊不暢，節(jié)點(diǎn)掉線情況。故廣州致遠(yuǎn)電子的工程師攜帶CANScope總線分析儀赴某地鐵線路，進(jìn)行現(xiàn)場檢驗(yàn)分析，如圖1所示。
現(xiàn)場總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：如圖2所示，為6節(jié)編組的地鐵車輛，其中我們測試點(diǎn)位于空調(diào)控制器CAN接口位置，主要測試這段CAN總線的信號通訊質(zhì)量。
通過【眼圖時(shí)間測量】，對全部波形做眼圖，測量結(jié)果可見波形邊沿過緩，有部分波形上升沿有較大的振鈴，下降沿有較大的地彈現(xiàn)象，說明總線上有信號不連續(xù)的部分。差分電平幅值為1.5V小于標(biāo)準(zhǔn)的2.0V的ISO11898-2標(biāo)準(zhǔn)。
從空調(diào)發(fā)出的CAN幀ID為：0x331,0x332,0x333，選取其中一個(gè)ID為0x331的報(bào)文，波形如圖4所示。可見有差分電平有明顯的“地彈”現(xiàn)象。
將ID為0x331,0x332,0x333的幀波形做眼圖，如圖5所示。可清晰看到CAN波形幅值為1.5V（那些高幅值的是和其他幀仲裁時(shí)抬高的）。
分析：CAN差分波形邊沿陡峭，邊沿清晰，但幅值只有1.5V，比標(biāo)準(zhǔn)CAN差分電平（兩個(gè)120歐終端電阻時(shí)）的2.0V少0.5V，有兩種可能：
- （1）此CAN接口上CANH和CANL上可能各串聯(lián)了10歐左右的電阻，與兩個(gè)并聯(lián)的120歐產(chǎn)生分壓，讓實(shí)際發(fā)出的波形只有1.5V；1、帶功放的電路，并通過使能端控制其工作；
- （2）本網(wǎng)絡(luò)中終端電阻多添加了1個(gè)120歐，即總線中有3個(gè)120歐電阻，導(dǎo)致電壓幅值降低到1.5V。
從波形看，還有很明顯的“地彈”現(xiàn)象，說明空調(diào)CAN接口位置阻抗不連續(xù)。有可能其位置是實(shí)際的終端，但終端電阻不在它上面，或者其位置為較長分支的末端。
CAN主控發(fā)出的CAN幀ID為0x200,0x231。選取其中一個(gè)ID為0x200的報(bào)文，波形如圖6所示
將ID為0x200,0x231的幀波形做眼圖，如圖7所示。可清晰看到從CAN主控發(fā)出的CAN波形到達(dá)空調(diào)CAN接口時(shí)的幅值為1.8V（測量點(diǎn)在網(wǎng)卡這邊，那些高幅值的是和其他幀仲裁時(shí)抬高的）。上升沿緩，下降沿有波形駐留。
分析：測試點(diǎn)測出的差分電平幅值為1.8V，也比標(biāo)準(zhǔn)的2.0V少0.2V，可能是CAN主控在CANH和CANL上也串聯(lián)了電阻，或者是傳輸導(dǎo)線、接頭有一定的壓降導(dǎo)致。
CAN差分波形上升沿緩慢說明從CAN主控到空調(diào)CAN接口的導(dǎo)線阻抗較大。下降沿有波形駐留，也是因?yàn)榭照{(diào)CAN接口其位置是實(shí)際的終端，但終端電阻不在它上面，或者其位置為較長分支的末端。
如圖8所示。為實(shí)際接了終端電阻的節(jié)點(diǎn)波形。
對其做眼圖如圖9所示。
分析：通過眼圖看，其下降沿陡峭下降到0，但隨即發(fā)生“地彈”，說明其上面安裝了終端電阻，但它不是實(shí)際的終端，而從實(shí)際終端反射過來的波導(dǎo)致“地彈”。
綜上所述
- （1）系統(tǒng)的CAN波形存在比較嚴(yán)重的“地彈”現(xiàn)象，有導(dǎo)致位錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)。通過前面的分析，是由于阻抗不連續(xù)導(dǎo)致。而產(chǎn)生阻抗不連續(xù)，是總線終端電阻安裝位置錯(cuò)誤；
- （2）空調(diào)CAN接口上串聯(lián)過大的電阻導(dǎo)致分壓。差分電壓幅值只有1.5V，容易在溫度變化、線路老化或者電壓波動時(shí)，導(dǎo)致位錯(cuò)誤甚至通訊不上。請控制串聯(lián)電阻不要大于5.1歐；
- （3）傳輸導(dǎo)線或者接頭阻抗過大。導(dǎo)致上升斜率過緩，只有3.55V/us，遠(yuǎn)低于16V/us的規(guī)范值，容易在溫度變化或者長期運(yùn)行時(shí)，導(dǎo)致重同步失敗的位錯(cuò)誤或者CRC校驗(yàn)錯(cuò)誤，甚至無法通訊。請檢查傳輸導(dǎo)線規(guī)格，與接頭電阻，保證阻抗小于0.02歐/m（或者等效為線徑為1.0mm2以上的屏蔽雙絞線）。
