技(jì)術交流(liú)

地鐵(tiě)列車CAN總(zong)線通訊(xùn)信号質(zhì)量檢驗(yan)分析

軌道(dào)交通地(di)鐵車輛(liàng)中，目前(qian)已經大(da)量使用(yòng)CAN總線通(tong)訊。利用(yòng)其出色(sè)的實時(shi)性與糾(jiū)錯能力(li)，提升了(le)車輛各(ge)部件的(de)控制效(xiào)率和可(kě)靠性。但(dan)在地鐵(tie)運營中(zhong)，某些線(xian)路也會(hui)出現偶(ǒu)發的CAN通(tong)訊不暢(chàng)，節點掉(diao)線情況(kuàng)。故廣州(zhōu)緻遠電(diàn)子的工(gong)程師攜(xie)帶CANScope總(zǒng)線分析(xi)儀赴某地(di)鐵線路(lù)，進行現(xian)場檢驗(yan)分析，如(ru)圖1所示(shì)。

圖1 測試(shì)現場

現場(chǎng)總線拓(tuò)撲結構(gou)：如圖2所(suǒ)示，爲6節(jiē)編組的(de)地鐵車(chē)輛，其中(zhong)我們測(ce)試點位(wèi)于空調(diào)控制器(qì)CAN接口位(wei)置，主要(yào)測試這(zhè)段CAN總線(xiàn)的信号(hao)通訊質(zhi)量。

圖2 地(di)鐵車輛(liàng)網絡拓(tuò)撲圖

通過(guo)【眼圖時(shi)間測量(liàng)】，對全部(bu)波形做(zuò)眼圖，測(ce)量結果(guo)可見波(bō)形邊沿(yán)過緩，有(yǒu)部分波(bo)形上升(shēng)沿有較(jiao)大的振(zhen)鈴，下降(jiàng)沿有較(jiào)大的地(di)彈現象(xiang)，說明總(zong)線上有(yǒu)信号不(bú)連續的(de)部分。差(cha)分電平(ping)幅值爲(wèi)1.5V小于标(biāo)準的2.0V的(de)ISO11898-2标準。

圖3 眼圖(tu)位寬幅(fú)值測量(liang)

1.空調(diao)發出波(bo)形的分(fen)析

從空調(diao)發出的(de)CAN幀ID爲：0x331,0x332,0x333，選(xuǎn)取其中(zhōng)一個ID爲(wei)0x331的報文(wen)，波形如(ru)圖4所示(shi)。可見有(you)差分電(dian)平有明(míng)顯的“地(di)彈”現象(xiàng)。

圖4 幅值(zhi)分析

将ID爲(wèi)0x331,0x332,0x333的幀波(bō)形做眼(yan)圖，如圖(tu)5所示。可(kě)清晰看(kàn)到CAN波形(xíng)幅值爲(wèi)1.5V（那些高(gao)幅值的(de)是和其(qi)他幀仲(zhòng)裁時擡(tái)高的）。

圖(tú)5 空調發(fā)出波形(xíng)的眼圖(tú)

分(fen)析：CAN差分(fen)波形邊(bian)沿陡峭(qiào)，邊沿清(qīng)晰，但幅(fu)值隻有(yǒu)1.5V，比标準(zhun)CAN差分電(diàn)平（兩個(gè)120歐終端(duān)電阻時(shí)）的2.0V少0.5V，有(you)兩種可(ke)能：

· （1）此CAN接(jiē)口上CANH和(he)CANL上可能(néng)各串聯(lián)了10歐左(zuo)右的電(dian)阻，與兩(liang)個并聯(lian)的120歐産(chǎn)生分壓(ya)，讓實際(ji)發出的(de)波形隻(zhi)有1.5V；1、帶功(gong)放的電(diàn)路，并通(tong)過使能(néng)端控制(zhì)其工作(zuo)；

· （2）本網絡(luò)中終端(duan)電阻多(duo)添加了(le)1個120歐，即(jí)總線中(zhōng)有3個120歐(ou)電阻，導(dǎo)緻電壓(ya)幅值降(jiang)低到1.5V。

從波(bō)形看，還(hai)有很明(ming)顯的“地(dì)彈”現象(xiàng)，說明空(kong)調CAN接口(kou)位置阻(zǔ)抗不連(lián)續。有可(kě)能其位(wèi)置是實(shí)際的終(zhōng)端，但終(zhong)端電阻(zu)不在它(ta)上面，或(huò)者其位(wei)置爲較(jiao)長分支(zhi)的末端(duān)。

2.CAN主控(kong)發出的(de)波形

CAN主控發(fā)出的CAN幀(zhēn)ID爲0x200,0x231。選取(qu)其中一(yī)個ID爲0x200的(de)報文，波(bo)形如圖(tú)6所示

圖6 CANopen主控(kòng)發出的(de)波形

将ID爲(wei)0x200,0x231的幀波(bō)形做眼(yan)圖，如圖(tú)7所示。可(ke)清晰看(kàn)到從CAN主(zhǔ)控發出(chū)的CAN波形(xing)到達空(kōng)調CAN接口(kou)時的幅(fu)值爲1.8V（測(cè)量點在(zài)網卡這(zhè)邊，那些(xiē)高幅值(zhí)的是和(he)其他幀(zhen)仲裁時(shi)擡高的(de)）。上升沿(yán)緩，下降(jiàng)沿有波(bo)形駐留(liu)。

圖 7CANopen主(zhu)控發出(chu)的波形(xing)眼圖

分析(xī)：測試點(dian)測出的(de)差分電(diàn)平幅值(zhí)爲1.8V，也比(bǐ)标準的(de)2.0V少0.2V，可能(néng)是CAN主控(kòng)在CANH和CANL上(shàng)也串聯(lián)了電阻(zǔ)，或者是(shi)傳輸導(dǎo)線、接頭(tou)有一定(ding)的壓降(jiang)導緻。

CAN差分波(bō)形上升(shēng)沿緩慢(màn)說明從(cong)CAN主控到(dao)空調CAN接(jiē)口的導(dao)線阻抗(kang)較大。下(xia)降沿有(you)波形駐(zhù)留，也是(shì)因爲空(kōng)調CAN接口(kǒu)其位置(zhi)是實際(ji)的終端(duan)，但終端(duān)電阻不(bú)在它上(shàng)面，或者(zhe)其位置(zhì)爲較長(zhǎng)分支的(de)末端。

3.實際接(jie)終端電(diàn)阻位置(zhì)的節點(dian)

如(ru)圖8所示(shi)。爲實際(ji)接了終(zhōng)端電阻(zu)的節點(diǎn)波形。

圖8 CAN幀ID爲(wèi)0x30E的波形(xing)

對(duì)其做眼(yǎn)圖如圖(tú)9所示。

圖9 CAN幀ID爲(wèi)0x30E的眼圖(tú)

分(fèn)析：通過(guò)眼圖看(kan)，其下降(jiang)沿陡峭(qiao)下降到(dao)0，但随即(jí)發生“地(dì)彈”，說明(míng)其上面(miàn)安裝了(le)終端電(diàn)阻，但它(tā)不是實(shí)際的終(zhōng)端，而從(cong)實際終(zhōng)端反射(shè)過來的(de)波導緻(zhì)“地彈”。

綜上(shang)所述

· （1）系(xì)統的CAN波(bō)形存在(zai)比較嚴(yan)重的“地(di)彈”現象(xiàng)，有導緻(zhì)位錯誤(wu)的風險(xiǎn)。通過前(qián)面的分(fèn)析，是由(you)于阻抗(kàng)不連續(xù)導緻。而(er)産生阻(zǔ)抗不連(lian)續，是總(zong)線終端(duan)電阻安(an)裝位置(zhi)錯誤；

· （2）空(kōng)調CAN接口(kou)上串聯(lián)過大的(de)電阻導(dao)緻分壓(yā)。差分電(diàn)壓幅值(zhí)隻有1.5V，容(rong)易在溫(wen)度變化(huà)、線路老(lǎo)化或者(zhe)電壓波(bo)動時，導(dao)緻位錯(cuò)誤甚至(zhi)通訊不(bu)上。請控(kòng)制串聯(lian)電阻不(bu)要大于(yu)5.1歐；

· （3）傳輸(shū)導線或(huo)者接頭(tóu)阻抗過(guò)大。導緻(zhì)上升斜(xie)率過緩(huan)，隻有3.55V/us，遠(yuǎn)低于16V/us的(de)規範值(zhi)，容易在(zai)溫度變(bian)化或者(zhě)長期運(yùn)行時，導(dao)緻重同(tong)步失敗(bai)的位錯(cuo)誤或者(zhe)CRC校驗錯(cuo)誤，甚至(zhì)無法通(tong)訊。請檢(jiǎn)查傳輸(shū)導線規(gui)格，與接(jie)頭電阻(zu)，保證阻(zǔ)抗小于(yu)0.02歐/m（或者(zhe)等效爲(wèi)線徑爲(wèi)1.0mm2以上的(de)屏蔽雙(shuāng)絞線）。