CAN總線的最大傳輸距離與波特率、采樣點(diǎn)、傳輸時(shí)延之間存在什么樣的關(guān)系呢？如何理論計(jì)算出最大傳輸距離呢？本文將詳細(xì)解答這兩個(gè)問(wèn)題。
延時(shí)原理分析
影響CAN通信距離的主要因素是什么呢？經(jīng)過(guò)我們實(shí)際測(cè)試長(zhǎng)距離通信線纜帶來(lái)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(guò)調(diào)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(biāo)準(zhǔn)CAN幀報(bào)文如圖1所示可分為7段，其中ACK域分為ACK SLOT（應(yīng)答間隙）和ACK DEL（應(yīng)答界定符）。CAN發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)出的ACK域?yàn)閮蓚€(gè)“隱性”位，當(dāng)接收節(jié)點(diǎn)完成正確接收后，將會(huì)在ACK SLOT向發(fā)送節(jié)點(diǎn)發(fā)送“顯性”位以示應(yīng)答。發(fā)送節(jié)點(diǎn)回讀到ACK SLOT呈顯性狀態(tài)時(shí)，就認(rèn)為總線上進(jìn)行了有效的應(yīng)答。發(fā)送節(jié)點(diǎn)如果沒(méi)有在應(yīng)答間隙內(nèi)檢測(cè)到有效的顯性位，則會(huì)判斷總線應(yīng)答錯(cuò)誤，因此通信延時(shí)是影響通信距離的主因。整個(gè)線路傳播延時(shí)必須足夠小，以確保CAN發(fā)送節(jié)點(diǎn)在ACK SLOT內(nèi)接收到有效的應(yīng)答信號(hào)，以下討論將圍繞傳播延時(shí)展開(kāi)。
圖1 CAN標(biāo)準(zhǔn)幀報(bào)文格式
CAN信號(hào)的整個(gè)傳播涉及到的延時(shí)有控制器延時(shí)、收發(fā)器和隔離延時(shí)、線纜延時(shí)，信號(hào)流向及延時(shí)框圖如圖2所示。理論上必須使整個(gè)傳播延時(shí)和Σt小于采樣點(diǎn)位置，否則發(fā)送節(jié)點(diǎn)將接收不到正確的顯性(Vdiff>0.9V)應(yīng)答信號(hào)，導(dǎo)致通信異常，CAN總線顯性應(yīng)答延時(shí)說(shuō)明如圖3所示。
圖2 CAN總線信號(hào)流向及延時(shí)框圖
圖3 CAN總線顯性應(yīng)答延時(shí)說(shuō)明簡(jiǎn)易圖
理論計(jì)算
通過(guò)上述原理分析，我們得出只有滿足關(guān)系式Ts≥2*(t1+t2+t3)，t3=L線長(zhǎng)*(Cable delay)，通信才能成功，將關(guān)系式進(jìn)行轉(zhuǎn)換L線長(zhǎng)≤(Ts-2*t1-2*t2)/2*(Cable delay)。
經(jīng)過(guò)我們實(shí)際測(cè)試我司的 CSM330A 的收發(fā)器和隔離延時(shí)t2=140ns，控制器延時(shí)t1=50ns，CSM330A在1M CAN波特率采樣位置為75%*1us=750ns，實(shí)測(cè)RVSP通信線纜每米延時(shí)Cable delay=5.5ns。將數(shù)值帶入上述關(guān)系式中得出CSM330A 在1M波特率下通信線長(zhǎng)滿足L線長(zhǎng)≤33.6m。
如何延長(zhǎng)通信距離
視頻中有延長(zhǎng)通信距離方案，本文做簡(jiǎn)要概述。如圖4所示為1M CAN協(xié)議傳輸距離簡(jiǎn)圖，接入1個(gè)用CSM330A方案搭建的CAN_Repeater，通信距離可延長(zhǎng)至66m如圖5所示，接入n個(gè)CAN_Repeater后通信距離可延長(zhǎng)至(n+1)*33m。
圖4 1Mbps的CAN傳輸距離簡(jiǎn)圖
圖5 接入1個(gè)CAN_Repeater后傳輸距離簡(jiǎn)圖
總結(jié)
得知各部分延時(shí)和采樣位置后，我們可以通過(guò)關(guān)系式L線長(zhǎng)≤(Ts-2*t1-2*t2)/2*(Cable delay)預(yù)估出來(lái)不同CAN波特率下的最大傳輸距離；
例如：波特率為10kbps，采樣點(diǎn)在80%的CSM330A傳輸?shù)睦碚摼嚯x為L(zhǎng)線長(zhǎng)≤(80000-280-100)/2*5.5≈7.2km。
通過(guò)CSM330A搭建的CAN中繼模組有效延長(zhǎng)通信距離，該中繼模組穩(wěn)定可靠、成本低、開(kāi)發(fā)周期短，CAN_Repeater配套工程文檔可在ZLG致遠(yuǎn)電子公眾號(hào)上回復(fù)”CSM330A"獲取。
