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如何接好 CAN 的“地”

時(shí)間：2017-11-02 15:24 來(lái)源：互聯(lián)網(wǎng)

工業(yè)現(xiàn)場(chǎng) CAN 環(huán)境復(fù)雜多變，工程師面對(duì)信號(hào)的雜、亂、差卻是束手無(wú)策，追根溯源對(duì)于信號(hào)的各種地你接對(duì)了嗎?

CAN 總線(xiàn)以其高可靠性、實(shí)時(shí)性、靈活性以及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)據(jù)處理機(jī)制等特點(diǎn)，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)和汽車(chē)行業(yè)得到廣泛應(yīng)用，但隨著環(huán)境干擾以及節(jié)點(diǎn)數(shù)目的增加等對(duì) CAN 總線(xiàn)的穩(wěn)定性提出更高的要求，而面對(duì)電源地、信號(hào)地、屏蔽地、外殼地不同的接地方式又該如何處理呢?

如圖 1 分別是電源地、信號(hào)地、屏蔽地以及大地四種不同地的常見(jiàn)符號(hào)。

圖 1 四種接地符號(hào)

電源地概念：

電源地也為供電地，是為保證供電電源形成完整的電流回路設(shè)置的供電地，即 GND。

電源地處理：

與單電源供電的負(fù)極相連。

圖 2 CAN 收發(fā)器電源地 (GND) 接線(xiàn)

信號(hào)地概念：

信號(hào)地也稱(chēng)為隔離地，為使電子設(shè)備工作時(shí)有一個(gè)統(tǒng)一的參考電位，避免有害電磁場(chǎng)的干擾，使設(shè)備穩(wěn)定可靠的工作，設(shè)備中的信號(hào)電路統(tǒng)一參考地，即 CAN-GND;

信號(hào)地處理：

許多實(shí)際應(yīng)用中，設(shè)計(jì)者常直接將每個(gè)節(jié)點(diǎn)的參考地接于本地的大地，作為信號(hào)的返回地，看似正�？煽康淖龇�，卻存在極大的隱患!

信號(hào)地 (CAN-GND) 正確的接法主要分為兩種：

單屏蔽層線(xiàn)纜：如果線(xiàn)纜是單屏蔽層，信號(hào)地理想接法是使用專(zhuān)門(mén)的信號(hào)線(xiàn)將所有節(jié)點(diǎn)信號(hào)地連接，起到參考地的作用。但如果缺少信號(hào)地線(xiàn)，亦可將所有節(jié)點(diǎn)信號(hào)地都連接到屏蔽層，但這樣屏蔽效果亦差強(qiáng)人意。

圖 3 帶有屏蔽層雙絞線(xiàn)

圖 4 含信號(hào)地線(xiàn)雙絞線(xiàn)連接方式

圖 5 信號(hào)地與屏蔽層連接方式

雙屏蔽層線(xiàn)纜：當(dāng)使用雙層屏蔽電纜時(shí)，需要將所有節(jié)點(diǎn)信號(hào)地連接到內(nèi)屏蔽層，若使用非屏蔽線(xiàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，請(qǐng)保持信號(hào)地管腳懸空處理。

圖 6 雙屏蔽層信號(hào)地處理方式

所有節(jié)點(diǎn)信號(hào)地接到屏蔽層或者雙屏蔽層的內(nèi)層后，屏蔽層處理方式注意為單點(diǎn)接地，不可多點(diǎn)接地，否則會(huì)在信號(hào)地線(xiàn)上形成地環(huán)流。

另外，單點(diǎn)接地時(shí)為了加大供電地和信號(hào)地之間的隔離電阻，阻止共地阻抗電路耦合產(chǎn)生的電磁干擾，注意采用隔離浮地設(shè)計(jì)，通過(guò)阻容方式將屏蔽層與外殼隔離。

圖 7 未進(jìn)行單點(diǎn)接地處理的報(bào)文受到電磁干擾

屏蔽地概念：

屏蔽地( CAN-Shield) 也可理解為 CAN 屏蔽層，部分場(chǎng)合也標(biāo)為 FG。導(dǎo)體外部有導(dǎo)體包裹的導(dǎo)線(xiàn)叫屏蔽線(xiàn)，包裹的導(dǎo)體叫屏蔽層，一般為編織銅網(wǎng)或銅泊(鋁)，屏蔽層需要接地處理，保證外來(lái)的干擾信號(hào)可被該層導(dǎo)入大地。

圖 8 單屏蔽層和雙屏蔽層電纜剖析

屏蔽地處理：

當(dāng)使用雙層屏蔽電纜時(shí)，CAN-Shield 連接到外屏蔽層和 DB9 連接器的屏蔽殼。并且，使用 DB9 針式連接器時(shí)外屏蔽層會(huì)被連接到 pin 5 以保證當(dāng)使用沒(méi)有屏蔽連接的連接器時(shí)，可靠的接地。

多節(jié)點(diǎn)總線(xiàn)同樣要求屏蔽地采用單點(diǎn)接地，防止形成回路，并且為浮地設(shè)計(jì)。

如下圖 9 所示處理方式，CTM1051 模塊 3 腳為屏蔽地，5 腳為信號(hào)地。

圖 9 雙屏蔽層線(xiàn)中信號(hào)地、屏蔽地處理方式

外殼地概念：

靜電的電荷集聚在物體的表面，一旦遇到可以釋放的回路就可以形成電流。有時(shí)候產(chǎn)生的電壓非常高，特別是在干燥的環(huán)境里。電子產(chǎn)品的外殼地就是用來(lái)快速地將電荷釋放到大地。

外殼地處理：

外殼接地既是對(duì)人體安全的保護(hù)，也是防干擾的一種手段，因?yàn)橐话闱闆r下機(jī)殼是金屬的，是非常好的屏蔽體，絕大部分輻射干擾都可以阻擋在機(jī)殼之外。通過(guò)地線(xiàn)引入的干擾(也叫共阻抗干擾)，處理方法一般采用地線(xiàn)隔離技術(shù)，在外殼接地時(shí)接入阻抗，加入濾波等。

圖 10 信號(hào)地、屏蔽地、外殼接地連接推薦電路

改進(jìn)方案建議

如果您在使用 CAN 總線(xiàn)進(jìn)行調(diào)試時(shí)，遇到過(guò)偶爾通信出錯(cuò)，或者接收不到數(shù)據(jù)，再者一直正常使用的總線(xiàn)，突然出現(xiàn)大范圍的錯(cuò)誤，或者節(jié)點(diǎn)損壞。

如果您還是在使用單純的 CAN 收發(fā)器，那么請(qǐng)換成隔離 CAN 收發(fā)器吧!致遠(yuǎn)的 CTM 隔離模塊內(nèi)部包含隔離 DC-DC、信號(hào)隔離電路、CAN 總線(xiàn)收發(fā)電路、基礎(chǔ)的總線(xiàn)防護(hù)等。

隔離收發(fā)器可將總線(xiàn)和控制電路進(jìn)行電氣隔離，將高壓阻擋在控制系統(tǒng)之外，可以有效地保證操作人員的人身及系統(tǒng)安全。不僅如此，隔離可以抑制由接地電勢(shì)差、接地環(huán)路引起的各種共模干擾，保證總線(xiàn)在嚴(yán)重干擾和其它系統(tǒng)級(jí)噪聲存在的情況下不間斷、無(wú)差錯(cuò)運(yùn)行。