导读
无论是CAN总线还是485总线,实际应用中经常会出现各种异常,常因总线组网后,波形边沿出现过缓、呈“镰刀”状的现象,导致数据丢失或出错,那么这现象前因后果大家是否真正的了解呢?
案例一
1. CAN总线异常现象
我司某工业机器人客户反馈,使用SM1500的机器人控制板卡,在传输数据过程中出现丢帧的情况,如下图1,客户现场interwetten与威廉的赔率体系 的组网方式为31个节点的手拉手拓扑,通讯波特率为250kbps。
图1现场组网环境若总线收发器在使用过程中出现异常,一般会先从总线波形着手去分析原因。如图2,为客户组网的简要框图,我司使用CAN分析仪抓取了第31个节点处总线波形,发现波形边沿过缓,出现了“镰刀”状的现象,如下图3。
图2控制板卡组网简要框图
图3CAN总线“镰刀”波形总线波形出现“镰刀”状的现象通常是由于总线上存在过大电容起的,根据电容的充放电时间公式可知t=RC,其中R可看成总线接口内阻与终端电阻,C则是总线上的等效电容。如图4,总线等效电容Cj包括总线引脚对地电容Cj1与总线之间的电容Cj2,当总线电平由高变低时(压差变化),由于电容上的电压不能突变,那么电容Cj会分别通过内阻R内和终端电阻R终端放电。收发器内阻和终端电阻一般固定,当电容过大时,则放电时间变长,从而导致了总线波形边沿变缓。
图4总线等效电容放电原理框图
SM1500 CAN接口电容一般只有几皮法,即使31个节点组网最多也不过上百皮法,配合终端电阻使用一般不会出现“镰刀”状波形。我司在检查客户CAN接口电路后发现存在TVS管、气体放电管等保护器件,如下图5。TVS管本身存在较大的结电容,一般在几百到上千皮法,当总线组网后结电容会累计增加,高速通讯的时候总线就有可能出现“镰刀”状波形。
图5控制板卡CAN接口保护电路
将总线接口保护电路的TVS3和TVS4去掉后组网,并测试第31个节点处波形发现仍呈“镰刀”状,但波形边沿迟缓程度减小,如图6,同时也没有再出现丢帧情况。最后再去掉TVS2后测试,“镰刀”状波形消失,如图7。对比去掉TVS管前后波形,边沿时间由1.3us减小至160ns,如图8。
图6去掉部分TVS管后总线波形
图7去掉全部TVS管后总线波形
图8去掉TVS管前后波形边沿时间对比
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