如何搭建可靠的汽车CAN网络？

　　广州金升阳科技有限公司摘 要：将从CAN总线在汽车上的应用与设计，给出可靠的汽车CAN总线解决方案。

　　关键词：CAN；汽车；可靠

　　1 汽车总线系统架构

　　市场调查表明，现如今大部分乘用车都选用基于CAN的网络，已占据整个汽车网络协议的63%以上。目前汽车上各种基于CAN的网络通过网关连接在一起（如图1）。未来，汽车的仪表盘将会是一个局部CAN网络，同时也兼顾网关的功能。

　　高速CAN网络主要用于动力系统的通信，传输速率在125 kb/s~1 Mb/s 之间，实现网络通讯可以使用满足ISO11898-1、ISO11898-2的CAN模块收发器。

　　与此同时，汽车制造商还会利用CAN的多路系统连接车身电子控制单元（ECU）来构建车身网络的低速子网，速率一般小于125 kb/s。

　　2 物理链路设计

　　CAN总线的物理连接如图2所示，总线两端均串联1个负载电阻RL，用来抑制信号反射，作为系统终端来使用。

　　物理链路的设计往往决定传输信号的质量、误码率，标准化的电气特性可以减少这些问题的出现。物理介质/连接器设计推荐如表1。

　　3 收发器可靠性设计

　　媒体相关接口（CAN收发器）是协议控制器与物理传输线路之间的接口，直接连接传输总线侧与控制器侧，承担总线侧恶劣的环境/干扰，保护控制侧正常运作，收发器的可靠性设计就变得尤为重要。收发器的高总线系统可靠性设计主要体现在以下几点。

　　● 高隔离耐压设计：当总线侧与控制侧存在1个极高的干扰电压时，保护控制侧不受影响。

　　● 总线电压保护设计：需要保证总线共模电压升高或短路时不受影响。

　　● 高ESD防护设计：在安装或维修过程中，接触到的地方可能会产生高电压、低能量的静电破坏，整机/模块需要有抵御 该破坏的能力。

　　● 短路故障保护设计：要求在总线短路（包括对地短路与差分线短路）60 s后，整机能回复正常，这要求收发器具备输出短路保护的功能。

　　● 高工作温度环境设计：汽车上各部分温度差异很大，其中压缩机出气口的温度可达到140~150 ℃，如果汽车运行在北方国家或高原地区，温度可低至-20 ℃。这要求整个汽车模块有足够宽的温度工作范围。

　　● 环境可靠性设计：满足汽车的可靠性试验标准，需要满足的基本试验有：温度循环，温/湿度综合试验，高温工作寿命，机械冲击与跌落，盐雾试验。为降低整机测试风险，推荐选取本身通过AEC-Q100试验，并按IATF16949管控的汽车级CAN收发器产品。

　　4 收发模块 EMC 解决方案

　　应用于汽车上的零部件EMC标准为CISPR25，而CISPR25规定的EMI性能比工业级CISPR32 规定的要求严格很多，这导致汽车产品的EMI问题都很难解决，最终导致开发项目周期延长。那么如何优化整体系统EMI性能呢？

　　● 对易干扰/受扰器件进行屏蔽及保护。在整个汽车系统内提供1个参考地平面，将所有屏蔽外壳与保护外围接至地平面，能有效地抑制EMI干扰。

　　● 保护信号，CAN信号电缆走线要求远离其他强干扰源，如电源模块等，同时使用屏蔽双绞线。

　　● 设计外围的原则是提供低阻抗的回路。如图3，无论是优化EMI还是保护内部的EMS性能，选择合适大小的滤波电容，对应在特定的频率点有最低的交流阻抗，减小高频回路，是优化EMI的根本措施。

　　● 汽车系统内部走线精简，环路减小，避免直角走线。

　　5 典型应用电源解决方案

　　汽车车门控制单元的电源解决方案示意图如图4。

　　6 小结

　　目前，所有的制造商都在汽车网络化控制上投入大量的资源，厂商及消费者也从汽车网络化的广泛应用中获取实际的利益。不过，汽车各零部件要有优秀的可靠性及EMC性能，才能源源不断的产生利益。金升阳具备多种可靠性试验室，将持续为汽车行业提供汽车零部件及汽车电源/收发器解决方案，简化客户的汽车开发/测试周期，综合提升系统的稳定性、安全性、可靠性。

　　（注：本文来源于科技期刊《电子产品世界》2020年第07期。）