地鐵列車CAN總線通訊信號質量檢驗分析

軌道交通地鐵車輛中 ，目前已經大量使用CAN總線通訊 。利用其出色的實時性與糾錯能力 ，提升了車輛各部件的控製效率和可靠性 。但在地鐵運營中 ，某些線路也會出現偶發的CAN通訊不暢 ，節點掉線情況。故廣州致遠電子的工程師攜帶CANScope總線分析儀赴某地鐵線路 ，進行現場檢驗分析 ，如圖1所示 。

圖1 測試現場

現場總線拓撲結構 ：如圖2所示 ，為6節編組的地鐵車輛 ，其中尊龍凱時測試點位於空調控製器CAN接口位置 ，主要測試這段CAN總線的信號通訊質量 。

圖2 地鐵車輛網絡拓撲圖

通過【眼圖時間測量】 ，對全部波形做眼圖 ，測量結果可見波形邊沿過緩 ，有部分波形上升沿有較大的振鈴 ，下降沿有較大的地彈現象 ，說明總線上有信號不連續的部分 。差分電平幅值為1.5V小於標準的2.0V的ISO11898-2標準 。

圖3 眼圖位寬幅值測量

1.空調發出波形的分析

從空調發出的CAN幀ID為 ：0x331,0x332,0x333 ，選取其中一個ID為0x331的報文 ，波形如圖4所示 。可見有差分電平有明顯的“地彈”現象 。

圖4 幅值分析

將ID為0x331,0x332,0x333的幀波形做眼圖 ，如圖5所示 。可清晰看到CAN波形幅值為1.5V（那些高幅值的是和其他幀仲裁時抬高的） 。

圖5 空調發出波形的眼圖

分析 ：CAN差分波形邊沿陡峭，邊沿清晰 ，但幅值隻有1.5V ，比標準CAN差分電平（兩個120歐終端電阻時）的2.0V少0.5V ，有兩種可能 ：

（1）此CAN接口上CANH和CANL上可能各串聯了10歐左右的電阻 ，與兩個並聯的120歐產生分壓 ，讓實際發出的波形隻有1.5V ；1 、帶功放的電路 ，並通過使能端控製其工作 ；

（2）本網絡中終端電阻多添加了1個120歐 ，即總線中有3個120歐電阻 ，導致電壓幅值降低到1.5V。

從波形看 ，還有很明顯的“地彈”現象 ，說明空調CAN接口位置阻抗不連續 。有可能其位置是實際的終端 ，但終端電阻不在它上麵 ，或者其位置為較長分支的末端 。

2.CAN主控發出的波形

CAN主控發出的CAN幀ID為0x200,0x231 。選取其中一個ID為0x200的報文 ，波形如圖6所示

圖6 CANopen主控發出的波形

將ID為0x200,0x231的幀波形做眼圖 ，如圖7所示 。可清晰看到從CAN主控發出的CAN波形到達空調CAN接口時的幅值為1.8V（測量點在網卡這邊 ，那些高幅值的是和其他幀仲裁時抬高的） 。上升沿緩 ，下降沿有波形駐留 。

圖 7CANopen主控發出的波形眼圖

分析 ：測試點測出的差分電平幅值為1.8V ，也比標準的2.0V少0.2V ，可能是CAN主控在CANH和CANL上也串聯了電阻 ，或者是傳輸導線 、接頭有一定的壓降導致 。

CAN差分波形上升沿緩慢說明從CAN主控到空調CAN接口的導線阻抗較大 。下降沿有波形駐留 ，也是因為空調CAN接口其位置是實際的終端 ，但終端電阻不在它上麵 ，或者其位置為較長分支的末端 。

3.實際接終端電阻位置的節點

如圖8所示 。為實際接了終端電阻的節點波形 。

圖8 CAN幀ID為0x30E的波形

對其做眼圖如圖9所示 。

圖9 CAN幀ID為0x30E的眼圖

分析 ：通過眼圖看 ，其下降沿陡峭下降到0 ，但隨即發生“地彈” ，說明其上麵安裝了終端電阻 ，但它不是實際的終端 ，而從實際終端反射過來的波導致“地彈” 。

綜上所述

（1）係統的CAN波形存在比較嚴重的“地彈”現象 ，有導致位錯誤的風險 。通過前麵的分析 ，是由於阻抗不連續導致 。而產生阻抗不連續 ，是總線終端電阻安裝位置錯誤 ；

（2）空調CAN接口上串聯過大的電阻導致分壓 。差分電壓幅值隻有1.5V ，容易在溫度變化 、線路老化或者電壓波動時 ，導致位錯誤甚至通訊不上 。請控製串聯電阻不要大於5.1歐 ；

（3）傳輸導線或者接頭阻抗過大 。導致上升斜率過緩 ，隻有3.55V/us ，遠低於16V/us的規範值 ，容易在溫度變化或者長期運行時 ，導致重同步失敗的位錯誤或者CRC校驗錯誤 ，甚至無法通訊 。請檢查傳輸導線規格 ，與接頭電阻 ，保證阻抗小於0.02歐/m（或者等效為線徑為1.0mm2以上的屏蔽雙絞線） 。