CAN总线接口电路设计中的问题

摘要：文章总结了接口电路设计中的几个关键问题，提出应采取合理设置光电隔离电路、隔离光电耦合器两侧的电源、设置必需的上拉电阻、总线阻抗匹配、增加抗干扰等措施，提高了CAN 总线接口电路的可靠性与安全性。

0 引言
    CAN 总线是一种有效支持分布式控制和实时控制的串行通信网络，以其高性能和高可靠性在自动控制领域得到了广泛的应用。为提高系统的驱动能力，增大通信距离，实际应用中多采用Philips公司的82C250作为CAN控制器与物理总线间的接口，即CAN收发器，以增强对总线的差动发送能力和对CAN控制器的差动接收能力。为进一步增强抗干扰能力，往往在CAN 控制器与收发器之间设置光电隔离电路。典型的CAN总线接口电路原理如图1所示。
 

1 接口电路设计中的关键问题
1.1 光电隔离电路
    光电隔离电路虽然能增强系统的抗干扰能力，但也会增加CAN总线有效回路信号的传输延迟时间，导致通信速率或距离减少。82C250等型号的CAN收发器本身具备瞬间抗干扰、降低射频干扰(RFI)以及实现热防护的能力，其具有的电流限制电路还提供了对总线的进一步保护功能。因此，如果现场传输距离近、电磁干扰小，可以不采用光电隔离，以使系统达到最大的通信速率或距离，并且可以简化接口电路。如果现场环境需要光电隔离，应选用高速光电隔离器件，以减少CAN总线有效回路信号的传输延迟时间，如高速光电耦合器6N137，传输延迟时间短，典型值仅为48 ns，已接近TTL电路传输延迟时间的水平。

1.2 电源隔离
    光电隔离器件两侧所用电源Vdd与Vcc必须完全隔离，否则，光电隔离将失去应有的作用。电源的隔离可通过小功率DC/DC电源隔离模块实现，如外形尺寸为DIP-14标准脚位的5 V 双路隔离输出的小功率DC/DC模块。

1.3 上拉电阻
    图1中的CAN收发器82C250的发送数据输入端TXD与光电耦合器6N137的输出端OUT相连，注意TXD必须同时接上拉电阻R3。一方面，R3保证6N137中的光敏三极管导通时输出低电平，截止时输出高电平；另一方面，这也是CAN 总线的要求。具体而言，82C250的TXD端的状态决定着高、低电平CAN 电压输入/输出端CANH、CANL的状态(见表1)。CAN总线规定，总线在空闲期间应呈隐性，即CAN 网络中节点的缺省状态是隐性，这要求82C25O的TXD端的缺省状态为逻辑1(高电平)。为此，必须通过R3确保在不发送数据或出现异常情况时，TXD端的状态为逻辑1(高电平)。
表1 TXD与CANH、CANL的关系表

1.4 总线阻抗匹配
    CAN总线的末端必须连接2个120Ω的电阻，它们对总线阻抗匹配有着重要的作用，不可省略。否则，将大大降低总线数据通信时的可靠性和抗干扰性，甚至有可能导致无法通信。

1.5 其它抗干扰措施
    为提高接口电路的抗干扰能力，还可考虑以下措施：
(1)在82C25O的CANH、CANL端与地之间并联2个30 pF的小电容，以滤除总线上的高频干扰，防止电磁辐射。
(2)在82C250的CANH、CANL端与CAN总线之间各串联1个5Ω的电阻，以限制电流，保护82C250免受过流冲击。
(3)在82C25O、6N137等集成电路的电源端与地之间加入1个100 nF的去耦合电容，以降低干扰。

2 结语
    接口电路是CAN 总线网络中的重要环节，其可靠性与安全性直接影响整个通信网络的运行。本文总结了CAN接口电路设计中应注意的几个关键问题。只有抓住设计中的关键，才能提高多接口电路的质量与性能，确保CAN总线网络安全、可靠地运行。