第八章 CAN總線驅(qū)動器.ppt

1、第八章 CAN總線驅(qū)動器,第一節(jié) CAN總線驅(qū)動器82C250 第二節(jié) CAN總線驅(qū)動器TJA1050 第三節(jié) PCA82C250/251與TJA1040、TJA1050的比較和升級 第四節(jié) 總線長度及節(jié)點數(shù)的確定 第五節(jié) 總線終端及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),第一節(jié) CAN總線驅(qū)動器82C250,一、總述 82C250是CAN控制器與物理總線之間的接口，它最初是為汽車中的高速應(yīng)用而設(shè)計的。器件可以提供對總線的差動發(fā)送和接收功能。82C250的主要特性如下： （1）與ISO 11898標(biāo)準(zhǔn)完全兼容； （2）高速率； （3）具有抗汽車環(huán)境下的瞬間干擾，保護(hù)總線能力； （4）采用斜率控制，降低射頻干擾； （5）

2、過熱保護(hù)； （6）在24V系統(tǒng)中防止電池對地的短路； （7）低電流待機(jī)模式； （8）未上電時，節(jié)點不會干擾總線； （9）總線至少可連接110個節(jié)點。,下一頁,返回,第一節(jié) CAN總線驅(qū)動器82C250,二、82C250功能框圖 82C250的功能框圖如圖8-1所示，其基本性能參數(shù)和引腳功能如表8-1和表8-2所示。 三、功能描述 82C250驅(qū)動電路內(nèi)部具有限流電路，可防止發(fā)送輸出級對電源、地或負(fù)載短路。 82C250采用雙線差分驅(qū)動，有助于抑制汽車在惡劣電氣環(huán)境下的瞬變干擾。 引腳8（RS）用于選定82C250的工作模式。有三種不同的工作模式可供選擇：高速、斜率控制和待機(jī)模式，如表8-3所示

3、。,上一頁,下一頁,返回,第一節(jié) CAN總線驅(qū)動器82C250,在高速工作模式下，發(fā)送器輸出級晶體管將以盡快的速度開、閉。 斜率控制模式允許使用非屏蔽雙絞線或平行線作為總線。為降低射頻干擾RFI，應(yīng)限制上升和下降的斜率。 如果向管腳8加高電平，則電路進(jìn)入低電流待機(jī)模式。在這種模式下，發(fā)送器被關(guān)閉，而接收器轉(zhuǎn)至低電流。若在總線上檢測到顯性位，RXD將變?yōu)榈碗娖健纹瑱C(jī)應(yīng)通過將收發(fā)器切換至正常工作狀態(tài)，對此信息作出相應(yīng)。由于在待機(jī)方式下接收器是慢速的。因此，當(dāng)位速率很高時，第一個報文將丟失。82C250真值表如表8-4所示。 利用82C250還可以方便地在CAN控制器與驅(qū)動器之間建立光電隔離，以實

4、現(xiàn)總線上各節(jié)點之間的電氣隔離。,上一頁,返回,第二節(jié) CAN總線驅(qū)動器TJA1050,一、總述 TJA1050是Philips公司生產(chǎn)的，是82C250高速CAN收發(fā)器的后繼產(chǎn)品。該器件提供了CAN控制器與物理總線之間的接口以及對CAN總線的差動發(fā)送和接收能力。 TJA1050的主要特征如下： 與“ISO 11898”標(biāo)準(zhǔn)完全兼容； 速度高； 低電磁輻射； 具有帶寬輸入范圍的差動接收器，可抗電磁干擾； 沒有上電的節(jié)點不會對總線造成干擾；,下一頁,返回,第二節(jié) CAN總線驅(qū)動器TJA1050,發(fā)送數(shù)據(jù)控制超時功能； 發(fā)送禁能時的待機(jī)模式； 在暫態(tài)時自動對總線引腳進(jìn)行保護(hù)； 輸入級與3.3V裝置兼

5、容； （10）熱保護(hù)； （11）對電源和地的防短路功能； （12）可以連續(xù)至少110個節(jié)點。 二、TJA1050功能框圖 TJA1050的功能框圖如圖8-2所示，其各引腳功能見表8-5所示。,上一頁,下一頁,返回,第二節(jié) CAN總線驅(qū)動器TJA1050,三、功能描述 TJA1050是CAN協(xié)議控制器和物理總線之間的接口。它最初是應(yīng)用在波特率范圍在60Kb/s1Mb/s的高速自動化應(yīng)用中。TJA1050可以為總線提供不同的發(fā)送性能，為CAN控制器提供不同的接收性能。而且它與ISO11898標(biāo)準(zhǔn)完全兼容。TJA1050具有82C250相同的電流限制電路，保護(hù)發(fā)送器的輸出級，使由正或負(fù)電源電壓以外造

6、成的短路不會對TJA1050造成損壞。其過熱保護(hù)措施與82C250也大致相同，當(dāng)與發(fā)送器的連接點的溫度超過大約165時，會斷開與發(fā)送器的連接。,上一頁,下一頁,返回,第二節(jié) CAN總線驅(qū)動器TJA1050,通過引腳S可以選擇兩種工作模式：高速模式和待機(jī)模式。 高速模式就是正常工作模式，將引腳S接地可以進(jìn)入這種模式。由于引腳S有內(nèi)部下拉功能，所以當(dāng)它沒有連接時，高速模式也是默認(rèn)的工作模式。在高速模式中，總線輸出信號沒有固定的斜率，并且以盡量快的速度切換。 在待機(jī)模式中，發(fā)送器是禁能的，所以它不管TXD的輸入信號。但器件的其他功能可以繼續(xù)工作。將S引腳連接到Vcc可以計入這個模式。,上一頁,下一頁

7、,返回,第二節(jié) CAN總線驅(qū)動器TJA1050,在TJA1050中設(shè)計了一個超時定時器，用以對TXD端的低電位進(jìn)行監(jiān)視。TXD端信號的下降沿可啟動該定時器。當(dāng)TXD端低電位持續(xù)的時間超過了定時器的內(nèi)部定時時間時，將關(guān)閉發(fā)送器，使CAN總線回到隱性電位狀態(tài)。而在TXD端信號的上升沿定時器將被復(fù)位，使TJA1050恢復(fù)正常工作。定時器的典型定時時間為450s。TJA1050的真值表如表8-6所示。,上一頁,返回,第三節(jié) PCA82C250/251與TJA1040、TJA1050的比較和升級,一、簡介 TJA1040像TJA1050和C250/251一樣，是一個遵從ISO11898的高速CAN驅(qū)動器

8、，可以在汽車和工廠現(xiàn)場控制中使用。 TJA1050的設(shè)計使用了最新的EMC技術(shù)。它采用了先進(jìn)的絕緣硅技術(shù)進(jìn)行處理。這樣，TJA1050比C250/251的抗電磁干擾性能提高了20dB。TJA1050不提供待機(jī)模式。TJA1040是以TJA1050的設(shè)計為基礎(chǔ)。由于使用了相同的SOI技術(shù)，TJA1040具有和TJA1050一樣出色的EMC特性。與TJA1050不同的是，TJA1040與C250/251一樣有待機(jī)模式，可以通過總線遠(yuǎn)程喚醒。,下一頁,返回,第三節(jié) PCA82C250/251與TJA1040、TJA1050的比較和升級,二、C250/251、TJA1050和TJA1040之間的區(qū)別

9、表8-7從應(yīng)用的角度列出了C250/251、TJA1050和TJA1040之間的區(qū)別。 三、引腳 圖8-3顯示了C250/251、TJA1050和TJA1040的引腳。除了兩個重新命名的引腳外，這3個總線驅(qū)動器相同。 1.模式控制引腳（引腳8） 收發(fā)器的引腳8是用于控制收發(fā)器的工作模式。這個引腳在TJA1040上的助記符是“STB”，是指待機(jī)模式；在C250/251上的助記符是“Rs”，是指斜率控制電阻；在TJA1050上的助記符是“S”，是指靜音模式。,上一頁,下一頁,返回,第三節(jié) PCA82C250/251與TJA1040、TJA1050的比較和升級,2.參考電壓引腳（引腳5） 總線驅(qū)動器

10、的引腳5提供了一個VCC/2的輸出電壓。C250/251和TJA1050引腳5的助記符是“Vref”。它是為了前面CAN控制器的模擬比較器提供一個參考電壓，使比較器能夠準(zhǔn)確地讀出總線上的位流信號。 TJA1040引腳5的助記符是“SPLIT”。這個引腳提供了VCC/2的電壓。 四、工作模式 如前面所說，收發(fā)器的工作模式是由引腳8控制的。表8-8顯示了相關(guān)工作模式以及提供的功能和引腳8相應(yīng)的設(shè)置。,上一頁,下一頁,返回,第三節(jié) PCA82C250/251與TJA1040、TJA1050的比較和升級,下面的內(nèi)容對不同的工作模式和所提供的功能進(jìn)行簡短的描述。 1.正常高速模式 對于這里的所有總線驅(qū)動

11、器而言，正常（高速）模式都是相同的。它用于正常的CAN通訊。 2.待機(jī)模式 C250/251和TJA1040提供了一個專用的待機(jī)模式。在這種模式中，電流消耗減到最低。在待機(jī)模式中TJA1040和C250/251發(fā)送器不管TXD上的信號，完全禁能。 3.斜率控制模式 只有C250/251提供斜率控制模式。它通過在Rs引腳和GND電平之間連接電阻來調(diào)整斜率。 4.靜音模式 TJA1050提供一個專用的靜音模式。這個模式中發(fā)送器完全禁能，這樣就保證了沒有信號能從TXD發(fā)送到總線上。,上一頁,下一頁,返回,第三節(jié) PCA82C250/251與TJA1040、TJA1050的比較和升級,五、互操作性 由

12、于C250/251、TJA1050和TJA1040、TJA1041都符合ISO11898標(biāo)準(zhǔn)，就保證了在正常模式下的互操作性。表8-9顯示了在不同工作模式下和不上電情況下的總線偏壓。當(dāng)有不同的總線偏壓時，系統(tǒng)會得到一個穩(wěn)定的偏壓補(bǔ)償電流。補(bǔ)償電流的大小由共模輸入阻抗決定。圖8-4顯示了包含TJA1040和C250節(jié)點總線處于隱性狀態(tài)的補(bǔ)償電路。,上一頁,下一頁,返回,第三節(jié) PCA82C250/251與TJA1040、TJA1050的比較和升級,下面的公式計算了TJA1040和C250節(jié)點混合系統(tǒng)的整個偏壓補(bǔ)償電流 式中，nC250為上電的C250節(jié)點數(shù)目；nTJA1040處于待機(jī)/睡眠模式的

13、TJA1040節(jié)點數(shù)目；RCM，min（C250）=5k表示C250在引腳CANH/L上最小的共模輸入阻抗； RCM，min（TJA1040）=15k表示TJA1040在引腳CANH/L上最小的共模輸入阻抗。,上一頁,下一頁,返回,（8-1）,第三節(jié) PCA82C250/251與TJA1040、TJA1050的比較和升級,1.TJA1040和C250/C251/TJA1050混合使用 表8-10顯示了導(dǎo)致不同的總線偏壓和補(bǔ)償電流的情況。 2.TJA1040和TJA1041節(jié)點混合使用 表8-11顯示了TJA1040和TJA1041節(jié)點的混合系統(tǒng)。 六、硬件問題 圖8-5和圖8-6分別顯示了C2

14、50/251和TJA1050的典型應(yīng)用電路。圖8-7顯示了TJA1040的等價電路。,上一頁,下一頁,返回,第三節(jié) PCA82C250/251與TJA1040、TJA1050的比較和升級,1.C250/251用TJA1050代替的硬件檢查注意事項 比較圖8-5和圖8-6的應(yīng)用電路，當(dāng)用TJA1050代替C250/251時，要注意檢查以下事項： （1）如果C250的模式控制引腳8接有一個斜率控制電阻Rs控制斜率，要將這個電阻去掉。TJA1050相應(yīng)的引腳（引腳“S”）要被連接到單片機(jī)的輸出端口。 （2）由于TJA1050的對稱性能非常好，所以不需要共模扼流圈。然而，為了確保電磁輻射最低，極力推薦

15、使用分離終端，特別是在AM波段。,上一頁,下一頁,返回,第三節(jié) PCA82C250/251與TJA1040、TJA1050的比較和升級,2.C250/251用TJA1040代替的硬件檢查注意事項 比較圖8-5和圖8-7的應(yīng)用電路，當(dāng)用TJA1040代替C250/251時，要注意檢查以下事項： （1）如果引腳SPLIT要用于共模電壓的DC穩(wěn)壓，那么這個SPLIT引腳要連接到分離終端的中間分接頭。如果SPLIT不使用，只要保持開路就可以了。 （2）如果C250的模式控制引腳8練有一個斜率控制電阻Rs控制斜率，要將這個電阻去掉。TJA1040相應(yīng)的引腳要被直接連接到單片機(jī)的輸出端口。,上一頁,返回,

16、第四節(jié) 總線長度及節(jié)點數(shù)的確定,由CAN總線所構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，其最大總線長度主要由以下三方面的因素所決定： （1）互聯(lián)總線節(jié)點的回路延時（由CAN總線控制器和驅(qū)動器等引入）和總線線路延時； （2）由于各節(jié)點振蕩器頻率的相對誤差而導(dǎo)致的位時鐘周期的偏差； （3）由于總線電纜串聯(lián)等效電阻和總線節(jié)點的輸入電阻而導(dǎo)致的信號幅度的下降。,下一頁,返回,第四節(jié) 總線長度及節(jié)點數(shù)的確定,在靜態(tài)條件下，總線節(jié)點的差動輸入電壓由流經(jīng)過該節(jié)點差動輸入電阻的電流所決定。當(dāng)發(fā)送節(jié)點在總線的一端而接收節(jié)點在總線的另一端時為最壞情況，這時接收節(jié)點的差動輸入電壓可按下式計算： 式中，RW為總線電纜電阻；RT為終端匹配電阻；Rd

17、iff為差動輸入電阻；n為節(jié)點總數(shù)。,上一頁,下一頁,返回,（8-2）,第四節(jié) 總線長度及節(jié)點數(shù)的確定,當(dāng)差動輸入電壓小于0.5V或0.4V時，接收節(jié)點檢測為隱性位；當(dāng)差動輸入電壓大于0.9V或1.0V時，接收節(jié)點檢測為顯性位。所需的差動輸入電壓可由下式表示： 其中，KSM為決定安全區(qū)電壓的差動系數(shù)，在01之間取值。由于接收的差動輸入電壓必須大于檢測顯性位所需的電壓，在極限情況下，可以得到如下表達(dá)式：,上一頁,下一頁,返回,（8-3）,（8-4）,第四節(jié) 總線長度及節(jié)點數(shù)的確定,根據(jù)關(guān)系 ，上式經(jīng)變換后可得到： 式中：nmax系統(tǒng)接入的最大節(jié)點數(shù)； max所有電纜單位長度的最大電阻率； Vdi

18、ff，out，min（1.5V）輸出顯性位最小差動輸出電壓； VTH，max（1V）接收顯性位最大閥值電壓； Rdiff，min（20k）節(jié)點最小差動輸入電阻； RT，min（118 ）最小終端電阻。,上一頁,下一頁,返回,（8-5）,第四節(jié) 總線長度及節(jié)點數(shù)的確定,一個網(wǎng)絡(luò)中所能聯(lián)結(jié)的最大節(jié)點數(shù)主要取決于CAN驅(qū)動器所能驅(qū)動的最小負(fù)載電阻RL.min。CAN驅(qū)動器PCA82C250提供的負(fù)載驅(qū)動能力為RL.min=45.從圖8-8中，可以得到用于計算最大節(jié)點數(shù)的如下關(guān)系式（假設(shè)總線電阻RW為0，此時為最壞情況）:,上一頁,返回,（8-6）,第五節(jié) 總線終端及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),一、分離終端 這是一

19、種不用改變終端電纜DC特性而能增強(qiáng)EMC性能的終端配制方法。如圖8-9所示，該方案一般是將單個終端電阻分成兩個阻值相等的電阻。這種方法的特點是可以在兩個分離終端的中間抽頭上得到所謂的共模信號。理想情況下共模信號就是DC電壓信號，并可以通過一個10nF或100nF的電容將中間抽頭接地。當(dāng)然，電容應(yīng)該連接到真正的低電平上。,下一頁,返回,第五節(jié) 總線終端及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),二、多終端 這種接法可以在上面提到的分離終端接法組合在一起應(yīng)用，所形成的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵⒉煌诳偩€結(jié)構(gòu)。在某些應(yīng)用中，需要采用不同于總線結(jié)構(gòu)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。如圖8-10所示，具有3個分支的星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)就是這種情況。為了適應(yīng)這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以考

20、慮采用多終端接法。這種接法一般要求總的終端電阻被分成兩個以上的電阻，但總的等效終端電阻不變。以具有3個分支的星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為例，可以將每個分支都是為一個終端，其終端電阻為總的終端電阻的3倍。采用這種接法，總的等效終端電阻必須與總線驅(qū)動器的輸出驅(qū)動能力相匹配。,上一頁,下一頁,返回,第五節(jié) 總線終端及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),三、單終端 在某些情況下，僅僅只有一個終端電阻位于主節(jié)點中。從CAN位定時要求方面來考慮，如果系統(tǒng)配置提供了足夠的安全余地，則這種接法也是允許的。但根據(jù)經(jīng)驗，采用單終端接法的網(wǎng)絡(luò)總線長度將小于正常終端接法總線長度的50%。 四、非匹配終端 這種接法是有意使終端電阻與線路的特性阻抗不匹配。

21、該接法可減少對線路雙絞的要求，從而在同等配置下增加驅(qū)動能力或降低功耗。實質(zhì)上，這種接法的終端電阻阻值高于電纜的特性阻抗值。從CAN位定時要求方面來考慮，如果系統(tǒng)配置提供了足夠的安全余地，那么也允許采用這種接法。采用這種接法與采用標(biāo)準(zhǔn)終端接法相比，位速率或總線長度將會急劇地降低。主要是由于當(dāng)終端電阻增大時，相應(yīng)的總線延時將會急劇地增加。,上一頁,下一頁,返回,第五節(jié) 總線終端及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),五、非終端支線電纜長度 CAN總線的基本拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)被近似看做總線結(jié)構(gòu)。但在某些情況下，可能需要不同于這種拓?fù)涞木W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如臨時連上總線的診斷設(shè)備。同時也經(jīng)常有某些總線節(jié)點，通過非終端的支線電纜連上總線。但接有某些非終端的支線電纜時，在總線上將會產(chǎn)生反射作用。由于網(wǎng)絡(luò)提供了某種可靠性，如驅(qū)動器的滯后特性和CAN協(xié)議的重同步規(guī)則，反射不一定就會產(chǎn)生干擾。反射波一旦達(dá)到總線終端就會消失。一定總線和支線長度下，反射是否能容忍，實際上取決于位定時參數(shù)。,上一頁,下一頁,返回,第五節(jié) 總線終端及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),一般情況下，建議能為支線和所謂的累積支線長度指定一個上限。累積支線長度是所有支線電纜長度之和。下面的關(guān)系式可用于支線電纜長度的粗略計算： 式中：tPROPSEG位周期中傳輸段長度，也就是時間段1（TSEGI）的長度減去重同步跳轉(zhuǎn)寬度（SJW）； tp