2.2 TI Precision Labs - CAN/LIN/SBC: CAN Physical Layer

[音乐播放] 大家好，感谢观看本次有关 CAN 物理层和硬件的 TI 高精度实验室视频。 本实验将讨论控制器局域 网标准的电气传输特性， 也称为物理层，以及与该标准的 实现相关的硬件。 术语“物理层”指在网络或计算机 网络的最低层上进行原始位传输。 我们曾提到CAN 使用两线制 差分接口。 这里所说的“两线”是CANH 和 CANL， 这两条线之间的电压差称为 VD。 为了发送逻辑零，同时将 CANH 和 CANL 引脚分别拉高和拉低， 这将使差分电压 VD 达到 0.9 伏以上，这称为显性 状态。 为了传输逻辑一，驱动 程序释放这些引脚， 并且 VD 在端接电阻器上耗散。 这会使 CANH 和 CANL返回到共模电压 VCM，并将 VD 降低到 0.5 伏以下，这称为 隐性状态。 重申一下，逻辑零是显性状态， 即高于 0.9 伏的差分电压； 而逻辑一是隐性状态， 即低于 0.5 伏的差分电压。 看看屏幕中间显示的 红色和蓝色CAN 线的上升沿 和下降沿。 请注意，向显性的 转换非常尖锐，而向隐性的转换 不那么尖锐。 这是因为 CAN驱动器拓扑 允许 CAN 驱动器将 CANH 线驱动为高电平并将 CANL 线 驱动为低电平，但不允许它们将这些线 驱动回至 VCM。 相反，总线通过端接 电阻器上的无源耗散 从显性状态返回到隐性状态。 因此，逻辑零称为显性状态， 逻辑一称为隐性状态。 如果总线上有任何单个器件传输显性信号， 它将始终覆盖同时从另一个器件发送的 隐性信号。 如果允许同一总线上的器件 同时驱动显性信号和隐性信号， 则可能会发生竞争器件导致 不同电源轨之间短路的情况。 CAN 使用此特性来确保发送 具有较高优先级的消息而不破坏信号。 每个 CAN 位都分为此处 显示的四个段，样本点通常位于 位宽的 75% 点处。 第一个段称为同步 段，是预期会发生隐性到 显性转换的时间。 总线上的所有节点在上升沿进行同步。 第二段是传播时间段， 用于补偿网络的物理 延迟时间。 第三个段和第四个段都是相位缓冲段， 用于重新同步。 接收器紧随相位段一之后对位值 进行采样。 此处的图显示了CAN 网络的典型设置。 请注意该设置中使用的双绞线电缆。 如我们的简介和概述高精度实验室中所述， 传统 CAN 通过差分总线以高达 1 兆位/秒的 数据速率进行通信，而具有灵活数据速率的 CAN 或 CAN FD 以高达5 兆位/秒的数据速率 进行通信。 不过，特定CAN 网络的 最大运行速率取决于多个因素。 此处以红色椭圆形显示的是 CAN 总线电缆的长度。 该电缆上的传播时间 是限制网络最大工作 速率的最重要驱动因素之一。 较长的电缆意味着较长的总线传播时间， 通常具有每米5 纳秒的权衡。 其他考虑因素包括系统中任何 隔离引起的延迟，此处以 绿色显示，以及收发器引起的延迟。 尽管存在控制器 I/O 延迟， 但在这种环境下通常可以忽略不计。 系统的总往返延迟是这些 组件引起的总延迟的两倍。 由于总线长度通常是驱动因素， 因此我们可以确定总线长度与最大信号 传输速率之间的一般权衡，在总线 长度超过 40米之后这两者 之间开始形成反比关系。 如果减少一项诸如收发器延迟之类的因素，则可以为 包括更大的电缆长度在内的其他类型延迟 分配更多的预算。 在我们标题为 CAN 协议和 CAN FD 的 TI 高精度 实验室视频中，我们回顾了仲裁的概念。 仲裁是 CAN网络的关键， 因此了解环路和往返延迟对于 确定适当的采样点而言至关重要。 否则，较快的节点可能会在较慢的 节点位状态传输之前对总线进行采样。 有关定时和同步的特定参数 可以在 CAN 控制器中设置， 以适应传播延迟。 这是 8 引脚 CAN 和CAN FD 标准引脚。 所有八引脚收发器均具有 TXD、RXD、CANH 和 CANL引脚以及 VCC 和接地。 引脚五和八可用于某些其他 收发器功能。 许多收发器使用器件上的引脚八 实现低功耗模式，其中 最常见的是待机模式、静音模式和 睡眠模式。 引脚五可以具有某些功能之一， 也可以不连接。 VIO 引脚为收发器IO 引脚、TXD 和 RXD 提供单独的电源电压。 不常见的分裂引脚通过两个 输出提供 VCC，以便为使用分裂终端的 应用稳定总线共模电压。 故障甚至比 8 引脚收发器上的分裂更少见。 这是汽车的典型 CAN 节点 配置示例。 网络中的每个节点都有一个处理器， 例如该 TMS570，它与该 TCAN1042 等收发器相连接。 收发器与 CAN 或CAN FD 总线相连接。 许多微处理器和收发器通过 处理器内的CAN 控制器 使用 TXD 和RXD 相互通信。 一些系统可能还具有可选的 外部组件，包括分裂终端、 用于在 CAN 总线上提供额外 ESD 或 瞬态保护的二极管、共模总线稳定输出 或外部上拉电阻器，以适应需要它们 以实现快速数据速率的 MCU。 14 引脚 CAN 收发器与 8 引脚收发器 具有相同的基本功能，但 增加了一些附加功能，例如能够使用低功耗 模式来实现电池供电的操作并向 系统的其余部分发出信号，以根据 通过 CAN 总线发出的唤醒 命令启动。 当接收器发生显性超时时，故障 引脚发出错误信号。 请注意，14引脚收发器 具有与 8 引脚器件相同的引脚映射。 这使 8 引脚器件能够随时轻松 替代应用中的14 引脚器件。 这是 14 引脚 CAN收发器的典型应用。 我们可以看到，此处所示的 8 引脚 应用采用相同的基本电路，但还 具有其他用于使能、故障、唤醒、 电源电压和禁止的接口。 在正常运行时，CAN 和 CAN FD 收发器消耗一定量的电源 电流，这使驱动器和接收器能够运行。 例如，SN65HVD23x系列通常消耗 6 毫安的电源电流。 不过，与小型收发器一样， 该器件系列具有通过引脚八控制的待机和睡眠模式。 当器件被置于待机模式时， 接收器保持活动状态，并充当总线的从器件。 不过驱动器关闭。 在该仅侦听状态下， 收发器对总线完全是被动的。 在睡眠模式下，驱动器和 接收器均关闭。 在该超低功耗模式下，总线 引脚处于高阻抗状态，而 TXD 和 RXD 引脚 默认处于逻辑高电平。 器件保持在待机或睡眠模式， 直到处理器通过引脚八停用该模式。 要查找更多 CAN和 CAN FD 技术资源 以及搜索 CAN 和 CAN FD产品，请访问 ti.com/CAN。 此外，务必观看我们其他有关控制器局域网的 TI 高精度实验室视频。