王瑞林 田江 茍斌

摘要：本文通過分析CAN節(jié)點控制器上作特性、電源需求、網(wǎng)絡節(jié)點參數(shù)及造成CAN信號失真的因素，為避免回路干擾保證CAN信號準確傳輸，從電源分配，傳輸回路設計及接地三方面進行回路設計和方法總結，為后續(xù)車型CAN節(jié)點控制器回路設計提供指導。

關鍵詞：CAN節(jié)點控制器;電源分配;回路設計;接地

CAN控制器是CAN局域網(wǎng)控制器的簡稱，為解決現(xiàn)代汽車中眾多測量控制部件之間的數(shù)據(jù)交換而開發(fā)的一種串行數(shù)據(jù)通信總線。CAN（ Controller Area Network）控制器局域網(wǎng)絡是在20世紀80年代初由德國Bosch公司為解決現(xiàn)代汽車中眾多的測控儀器之間的數(shù)據(jù)交換而設計的一種有效支持分布式實時控制的串行數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡。1993年11月ISO正式頒布了CAN國際標準（ISO11898），它以半雙工方式工作，采用基于數(shù)據(jù)的傳輸機制，通信介質可以是雙絞線、同軸電纜，其通信速率可達1 Mh/s，最大傳輸距離可達10km。

這些優(yōu)良的特性使CAN總線在汽車上得以廣泛應用，CAN節(jié)點控制器的數(shù)量也越來越多，因此對整車的電氣電路系統(tǒng)的性能、可靠性的要求也就更高。如何安全又合理地對CAN節(jié)點控制器進行可靠的回路設計，對于整車電氣系統(tǒng)開發(fā)來講，成為非常重要的一項工作。本文分三部分對CAN節(jié)點控制器的回路設計進行詳細的分析和研究。

1 CAN節(jié)點控制器電源分配

1.1電源分配

CAN節(jié)點控制器為了保證能隨時讀取控制器的數(shù)據(jù)，檢測車輛狀態(tài)和排除故障，一般控制器都取B+電。同時為了滿足控制器的其他需求，還額外要取ACC或者ICN電。CAN節(jié)點控制器在顯性和隱性狀態(tài)下的總線電壓和差分電壓應遵循ISO11898-2?？偩€電壓VCAN_L和VCAN_H定義每個單獨CAN節(jié)點的總線CAN_L和CAN_H相對于地的電壓。差分電壓（CAN總線）Vdiff，即雙線CAN總線差分電壓：Vdiff=VCAN_H-VCAN_L。

正常通信的ECU_T作電壓范圍見表1。同一網(wǎng)段中，供電不足的節(jié)點不允許影響正常節(jié)點之間的正常通信;處于睡眠狀態(tài)的節(jié)點不允許影響網(wǎng)段中其它節(jié)點的正常通信。

1.2保險匹配

1.2.1保險絲的選型

保險絲的種類按照不同的分類方式可以分為很多種，通常按照熔斷的速度亦即響應的速度可將保險絲分為快熔型和慢熔型。一般情況下，在通過超出容量一定數(shù)量的電流時，以較短時間熔斷的保險絲稱為快熔型的保險絲，常見的Mini、ATO等保險絲就屬于快熔型保險絲的范疇;同樣，在通過超出容量一定數(shù)量的電流時，以較長時間熔斷，甚至不熔斷的保險絲稱為慢熔型的保險絲。常見的Jcase、BF1、Midi等保險絲就屬于慢熔型保險絲的范疇。

這就需要依據(jù)保險絲的熔斷特性來綜合考量。根據(jù)CAN節(jié)點控制器是否關系行車安全，可以對保險絲進行初步選型;若CAN節(jié)點控制器關系行車安全例如EPS、ABS等，則需要選擇慢熔型保險，避免保險快速熔斷，影響行車安全;若CAN節(jié)點控制器僅控制一般功能，則需要根據(jù)匹配的保險絲容量來決定保險絲的選型。

1.2.2保險絲容量大小的選擇

在初步定好保險絲的類型后，就要具體選擇保險絲的容量了。簡單的講，保險絲的容量是根據(jù)負載的功率來定的，同時要結合保險絲的類型、中央電氣盒的位置（高溫區(qū)還是一般溫區(qū)）和類型（硬線型還是PCB型）來給予一定的安全裕量，這個安全余量主要是考慮溫度對保險絲的影響，因為環(huán)境溫度的升高，會導致保險絲實際能夠承載的電流下降。一般可以根據(jù)如下公式進行折減計算：If=In/RR式中：If為保險絲的理想值;In為正常工作的電流值;RR為溫度折減系數(shù)。溫度折減系數(shù)從55%～ 90%不等，主要是根據(jù)保險絲的類型（快熔還是慢熔）、中央電氣盒的位置（高溫區(qū)還是一般溫度區(qū)）、中央電氣盒的類型（PCB型還是普通硬線型）有關^[1]。

2 CAN線傳輸回路設計

2.1 CAN線技術參數(shù)

為保證CAN總線信號傳輸，其特征參數(shù)應滿足表2要求，另外要求任何兩個ECU之間的通信傳輸介質總電阻不超過4Ω（包含接插件和電纜）。CAN線的導線電阻應該≤95mΩ，/m（正常值為≤45m Ω/m），推薦導線芯截面積為0.35-0.75mm，絞線率為33-50twist/m。CAN總線電纜可以采用屏蔽雙絞線或者非屏蔽雙絞線，但是為了便于與接插件的連接，在連接部分可以有短于50mm（最好是25mm）的電纜不用雙絞^[2]。

如果EMC性能不能夠達到要求，推薦使用屏蔽雙絞線。采用非屏蔽雙絞線時，CAN_H對CAN_L的線間電容≤60pF/m;采用屏蔽雙絞線時，CAN_H（或CAN_L）對屏蔽層的線間電容≤110pF/m。

2.2網(wǎng)絡節(jié)點設置要求

通常一個整車網(wǎng)絡會由數(shù)個網(wǎng)段組成，每個網(wǎng)段由若干網(wǎng)絡節(jié)點組成，網(wǎng)絡節(jié)點布置需要滿足下列技術要求，如圖1所示：

（1）為了減小駐波，各ECU距離干線的長度不能相等，同時應避免ECU在總線上等間距布置，即任何兩個ECU之間d值不能相等;

（2）診斷接口與引出接口的ECU距離不超過5m;

（3）診斷設備到診斷接口的距離不超過5m。

網(wǎng)絡總線拓撲結構參數(shù)值見表3：

表3網(wǎng)絡總線拓撲結構參數(shù)

在實際應用中，若傳輸介質采用屏蔽雙絞線，對于HS-CAN網(wǎng)段，包含診斷設備在內(nèi)，每個網(wǎng)段的節(jié)點數(shù)量不能超過16個;對于MS-CAN、LS-CAN網(wǎng)段，包含診斷設備在內(nèi)，每個網(wǎng)段的節(jié)點數(shù)量不能超過32個。

若傳輸介質采用非屏蔽雙絞線，每個網(wǎng)段的節(jié)點數(shù)量最大值為16個。

2.3 CAN線間抗干擾設計

CAN線上的干擾主要有導線的交叉串擾，串擾是由其線間的分布電容引起的，一條電纜上的脈沖信號通過分布電容耦合帶另一條線上。車內(nèi)各種電壓高低不同、電流大小不等的線路距離較近或捆扎在一起，電路走向不合適或敏感部件的電路設計不合理等，都將產(chǎn)生干擾脈沖信號^[3]。

為保證CAN線通訊的正確，避免通訊中斷和延遲，除了普遍采用雙絞設計防干擾之外，還應采取以下措施避免線間串擾。

（1）為減少線間耦合作用，應注意在允許的空間范圍內(nèi)盡量加大信號線與其他線之間距離。應采取分散走線方式，尤其是弱電和強電的傳輸線一定要分開布置。

（2）應盡量縮短平行線的長度，增加線間距離。如能在信號間加布隔離地線，則效果會好些。

（3）對于設備內(nèi)的CAN線，為了減少平行線的串擾，必要時增加印制條間距離?；蛟谧呔€之問安插一根地線，作為線條間隔離。

3接地設計

3.1地電位偏移

導線自身存在一定電阻，當導線中流過的電流較大時且導線較長時，就會產(chǎn)生壓降，形成電位偏移。尤其是當把電源地和信號地接在一起的話，地電位漂移就會較大，因為電源的電流相比信號的電流要大很多，甚至是大幾個數(shù)量級，這樣的電流流過導線會產(chǎn)生壓降，也就導致地電位比真正的地電位要高。

實際中在CAN節(jié)點控制器ECU的標稱工作電壓下，如果ECU的地電位偏移≤±2V，則ECU應正常發(fā)送和接收報文。因此布置CAN節(jié)點控制器的接地應，應盡量將強、弱信號和大、小不同電流的搭鐵線分隔布置，并且采取就近接地，避免地電位偏移量過大^[4]。

3.2地丟失

設計CAN節(jié)點控制器的接地時，要遵循原則：失去地的ECU不能影響其它ECU之間的通信。失去地后ECU不能損壞，在故障排除后，通信恢復正常。

為避免地信號丟失，再設計接地時應注意以下事項：

（1）對于CAN節(jié)點控制器，各控制器問接地不能共用，避免因單個ECU接地丟失，影響整個CAN網(wǎng)絡上其他ECU通訊

（2）車架上各接地點之問地線互相連接，接地點直接通過螺栓、齒形墊片，安裝到車架上;

（3）搭鐵點位置優(yōu)先選擇在各主要的梁上，除非特殊的情況外，不允許使用支架搭鐵，避免搭鐵不良;

3.3接地間干擾

雖然整車電器件采用就近共用搭鐵點的原則，但針對ECU、安全氣囊、ABS等影響整車安全性的電器件，其地線易受其他零件工作時干擾，要求單獨搭鐵，避免受到地間干擾。

特別是針對ECU的信號地，該信號地一般為模擬信號或者能量較弱的數(shù)字信號，易受電源波動或者外界因素的干擾，導致信號的信噪比（ SNR）下降。信號的測量值產(chǎn)生誤差或者錯誤，可能導致系統(tǒng)設計的失敗。

因此對信號地的要求較高，也需要在系統(tǒng)中特殊處理，避免和大功率的電源地、數(shù)字地以及易產(chǎn)生干擾地線直接連接。尤其是微小信號的測量，信號地通常需要采取隔離技術，防止干擾信號通過搭鐵線竄人各級，以降低電磁干擾和輻射。

如果采用屏蔽雙絞線，在干線上應該找一點將屏蔽層用導線直接接地，該點所受干擾最小，同時該點位于網(wǎng)絡中心附近^[5]。

4展望

隨著CAN總線在汽車上應用越來越廣泛，針對CAN節(jié)點控制器線束回路的設計也非常有必要，科學合理的設計CAN控制器回路包括電源分配，線間布置，接地設計能有效保證CAN信號的準確傳輸，完成CAN控制器功能的實現(xiàn)。

參考文獻：

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[2]史久根，張培仁，陳真勇.CAN現(xiàn)場總線系統(tǒng)設計技術[M].北京：國防工業(yè)出版社，2004

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[5]楊龍山，王麗芳.屏蔽雙絞線在車用CAN總線中的抗干擾能力研究[J].汽車技術，2006，（12）：9 -12.