Что такое can трансивер

Can шина принцип работы

Что такое CAN-шина

CAN-шина не имеет никакого отношения к автомобильным покрышкам. Дело в том, что в электронике «шиной» называют систему, по которой передаются данные. Это своего рода река с ручейками, если говорить проще. Что касается аббревиатуры, расшифровывающейся как Controller Area Network (сеть контроллеров), то за ней стоит стандарт промышленной сети для объединения в единую сеть различных исполнительных устройств и датчиков.

Принцип работы CAN-шины

CAN-шина, будучи системой цифровой связи и управления электронными устройствами, позволяет осуществлять обмен информацией между блоками управления. Сеть имеет три основных режима работы – активный при включенном зажигании, спящий при выключенном зажигании и, наконец, режим пробуждения и засыпания, когда зажигание включают и выключают.

CAN-шина выполняет ряд задач, среди которых ускорение передачи сигналов к разным системам, механизмам и устройствам, уменьшение количества проводов, упрощение подсоединения и работы дополнительных устройств.

Виды CAN-шин

Существует три основных вида.

Силовые обеспечивают синхронизацию и обмен данными между ЭБУ двигателя и основными агрегатами и системами автомобиля – коробкой передач, зажиганием и другими. «Комфортные» нужны, соответственно, для работы опций комфорта. Например, климатической системы, электропривода зеркал и обогрева сидений.

Информационно-командные введены для обмена данными между ЭБУ и такими вспомогательными информационными комплексами как навигационная система.

Как передается информация

Итак, CAN-шина представляет собой сеть, по которой происходит обмен информацией между устройствами. Возьмем для примера блок управления двигателем – он имеет не только основной микроконтроллер, но и CAN-устройство, которое формирует и рассылает импульсы по шинам H (CAN-высокий) и L (CAN-низкий), которые называются витая пара.

Сигналы рассылаются по витой паре трансивером или приемопередатчиком. Он нужен для целого ряда задач – усиления сигналов, защиты линии в случае повреждения CAN-шины, создания условий помехозащищенности передаваемых импульсов и регулировки скорости их передачи. В автомобильной промышленности применяются передатчики двух типов с говорящими названиями High Speed и Fault Tolerant. Первый обеспечивает передачу данных на высокой скорости, до 1 мегабита в секунду. Второй не столь быстрый и передает в секунду до 120 килобит в секунду, но при этом допускает отклонение от параметров CAN-шины и не столь чувствителен к ее качеству.

Каждый подключенный к CAN-шине блок имеет определенное входное сопротивление, в результате образуется общая нагрузка шины CAN.

Общее сопротивление нагрузки зависит от числа подключенных к шине электронных блоков управления и исполнительных механизмов.

Рис. 2. Фрагмент CAN-шины с распределением нагрузки в проводах: CAN High CAN Low

Системы и блоки управления автомобиля имеют не только различные нагрузочные сопротивления, но и скорости передачи данных, все это может препятствовать обработке разнотипных сигналов.Для решения данной технической проблемы используется преобразователь для связи между шинами.Такой преобразователь принято называть межсетевым интерфейсом, это устройство в автомобиле чаще всего встроено в конструкцию блока управления, комбинацию приборов, а также может быть выполнено в виде отдельного блока.

Рис. 3. Блок-схема межсетевого интерфейса

Схемы CAN-шины

Такая схема подключения устройств называется параллельной схемой подключения. Для достижения максимальной скорости волновые сопротивления блоков должны согласовываться. Если выходит из строя один из блоков (трансмиттеров), этот блок может «завалить» всю шину.

Все сообщения, которые передаются по шине, имеют определенный цифровой код.

Это позволяет производить компьютерную диагностику при помощи опроса блоков по шине.

Диагностическое устройство преобразует цифровые коды и сигнал в абсолютные значения либо коды ошибок.

В спящем режиме CAN-шина полностью не бездействует. Большинство автомобилей используют шину для организации сбора информации дла системы сигнализации и охраны, собирая информацию по шине о датчиках проникновения, контактных устройствах.

Видео «Диагностика авто с помощью CAN шины»

Разновидности функций шин

Существуют разные типы представленного устройства.

Типы сообщений

Протоколом предусматривается использование при обмене информацией посредством шины CAN четырех типов команд.

В процессе приема-передачи информации на проведение одной операции отводится определенное время. Если оно вышло, формируется фрейм ошибки. Error Frame также длится определенное количество времени. Неисправный блок автоматически отключается от шины при накоплении большого количества ошибок.

Функциональность системы

Команда состоит из 3 разделов: имени, значения события, времени наблюдения за переменной величиной.

Ключевое значение придается переменной показателя. Если в сообщении нет данных о времени, тогда это сообщение принимается системой по факту его получения.

Когда компьютер коммуникационной системы запрашивает показатель состояния параметра, он посылается в приоритетной очередности.

Разрешение конфликтов на шине

Когда сигналы, поступающие на шину, приходят на несколько контроллеров, система выбирает, в какой очередности будет обработан каждый. Два или более устройства могут начать работу практически одновременно. Чтобы при этом не возник конфликт, производится мониторинг. CAN-шина современного автомобиля производит эту операцию в процессе отправки сообщения.

Существует градация сообщений по приоритетной и рецессивной градации. Информация, имеющая самое низкое числительное выражение поля арбитража, выиграет при наступлении конфликтного положения на шине. Остальные передатчики постараются отослать свои фреймы позже, если ничего не изменится.

В процессе передачи информации время, указанное в нем, не теряется даже при наличии конфликтного положения системы.

Физические составляющие

Устройство шины состоит, помимо кабеля, из нескольких элементов.

Микросхемы приемопередатчика часто встречаются от компании Philips, а также Siliconix, Bosch, Infineon.

Для этого на конец проводников устанавливаются резисторы сопротивления по 120 Ом. Это необходимо, дабы устранить отражения сообщения на конце шины и убедиться, что она получает соответствующие уровни тока.

Сам проводник в зависимости от конструкции может быть экранированным или неэкранированным. Концевое сопротивление может отходить от классического и находиться в диапазоне от 108 до 132 Ом.

Скорость передачи данных CAN-шины

Все составляющие сети CAN должны иметь единую скорость передачи информации. Однако данный стандарт не задает одного определенного параметра, ограничиваясь лишь максимальным пределом – 1Мбит/с. Изменения объема передаваемого кадра должно успеть распространиться по всей длине сети, что ставит в обратную зависимость скорости от протяженности – чем длиннее провод, тем ниже скорость. Для передачи 1Мбита за 1секунду нужная длина должна составлять не менее 40 метров. Добавьте к этому объективные факторы, снижающие скорость – защита от помех и разветвленная сеть, где происходят множественные отражения сигнала.

В угоду ускорения процесса разработчики уменьшают протяженность проводов, одновременно увеличивая число цепей с возможностью подключения большего количества приборов. Например, общая длина шины, составляющая 10 метров, способна пропускать через себя кадры, со скоростью 2 Мбит/c, с 64 подключенными приборами. Если автомобиль снабжен большим числом электрооборудования, то добавляется одна, две цепи или более.

Источник

CAN you do it? CAN-трансиверы от ON Semiconductor

Стандарт промышленной сети CAN (Controller Area Network) предназначен для объединения в общую сеть различных исполнительных устройств и датчиков. Благодаря невысокой стоимости и очень высокой надежности интерфейс получил широкое применение в промышленности, энергетике и на транспорте, позволяя создавать дешевые высокопроизводительные многоточечные сети. Добавление новых устройств не требует изменения уже существующей сети.

CAN был разработан компанией Robert Bosch GmbH в середине 1980-х. Стандарт определяет передачу данных в отрыве от физической линии — она может быть любой, например, радиоканалом или оптоволокном. Но на практике обычно используется витая пара (экранированная или неэкранированная) и общий провод. Плоская пара (телефонный тип кабеля) также работает хорошо, но более чувствительна к внешним источникам шума.

Одним из ключевых узлов при организации CAN-шины является трансивер, поскольку именно от него зависит скорость и дальность передачи данных, общая устойчивость шины к помехам и максимальное количество устройств в сети.

Одним из лидеров на рынке CAN-трансиверов является компания ON Semiconductor. В таблице 1 представлены разновидности CAN-трансиверов, выпускаемых компанией.

Таблица 1. CAN-трансиверы компании ON Semiconductor

Высокоскоростные приемопередатчики
AMIS-30660, AMIS-30663

Приемопередатчики AMIS-30660 и AMIS-30663 являются классическими вариантами CAN-трансиверов для обеспечения связи по CAN-шине без каких-либо дополнительных функций.

Структурная схема трансивера AMIS-30660 представлена на рисунке 1.

Рис. 1. Структурная схема трансивера AMIS-30660

Прием данных осуществляется через приемный тракт. Он содержит компаратор (Comp), обеспечивающий распознавание доминантного и рецессивного состояний CAN-шины, и формирователь цифрового сигнала RxD.

Передача происходит через передающий тракт, содержащий таймер (Timer), схему задания крутизны сигнала, узел управления передатчиком (Driver control), выходную схему на полевых транзисторах и схему температурной защиты (Thermal shutdown).

Таймер предназначен для ограничения продолжительности доминантного состояния, защищая CAN-шину от возможных сбоев CAN-контроллера.

Формирователь фронтов ограничивает скорость их нарастания, снижая электромагнитное излучение, и позволяет отказаться от внешних синфазных дросселей.

Узел управления передатчиком осуществляет управление двумя полевыми транзисторами, формирующими состояние на линиях CAN-H и CAN-L. В доминантном состоянии оба транзистора открыты, обеспечивая на линии CAN-H высокий, а на линии CAN-L — низкий уровень.

Схема температурной защиты предохраняет микросхему от выхода из строя, отключая передатчик, если температура превышает значения порядка 160°C. Это приводит к снижению рассеиваемой мощности и уменьшению температуры кристалла. Все другие функции трансивера при этом продолжают работать. При падении температуры работоспособность микросхемы восстанавливается. Схема тепловой защиты необходима для того, чтобы избежать выхода микросхемы из строя при наличии короткого замыкания на линиях шины.

Трансивер поддерживает работу в режиме молчания. Переход в этот режим осуществляется через подачу на вход S (Silent) логического сигнала высокого уровня. При этом происходит отключение передатчика трансивера, а все остальные функции сохраняются.

Приемопередатчик AMIS-30663 отличается от AMIS-30660 тем, что имеет вторичный источник питания, используемый для создания совместимости с трехвольтовой логикой.

Трансивер AMIS-30660 работает только с пятивольтовыми логическими уровнями.

Отказоустойчивые приемопередатчики
AMIS-41682 и AMIS-41683

Отказоустойчивые приемопередатчики AMIS-41682 и AMIS-41683 позволяют определить нештатное состояние линий и произвести необходимую перестройку, которая защитит исправные микросхемы приемопередатчиков и позволит осуществлять обмен по сети в изменившихся условиях.

Для продолжения обмена приемопередатчикам достаточно наличия одной исправной линии CAN-H или CAN-L.

Определяются следующие нештатные ситуации:

Отказоустойчивые приемопередатчики имеют некоторые ограничения по сравнению с обычными: максимальная скорость передачи ограничена 125 кбит/с, а небольшая нагрузочная способность позволяет работать только с 32 устройствами на шине.

Приемопередатчики AMIS-41682 и AMIS-41683 являются идентичными за исключением уровней логических цифровых сигналов связи с CAN-контроллером (5 и 3,3 В соответственно).

Высокоскоростные приемопередатчики для длинных линий связи AMIS-42670, AMIS-42671, AMIS-42673

Приемопередатчики AMIS-42670, AMIS-42671 и AMIS-42673 позиционируются компанией ON Semiconductor как CAN-трансиверы для работы с сетями большой протяженности (порядка 1000 м). На таких больших расстояниях скорость обмена не должна быть очень высокой: рекомендуется скорость 100 кбит/с и ниже. Данные CAN-трансиверы поддерживают очень широкий диапазон скоростей передачи данных по шине связи: практически от 0 кбит/с и до 1 Мбит/с. Совместимы с 3-вольтовой логикой.

Рис. 2. Схема реализации функции автоматического определения скорости

В таком режиме CAN-контроллер получает возможность прослушивать сеть: если он примет пакет на скорости, отличной от его собственной, то автоматически формируется пакет ошибки, который поступит в контроллер. Перебирая все различные скорости, можно определить действующую скорость работы шины и подстроиться под нее.

Высокоскоростные маломощные
приемопередатчики NCV7340, NCV7341, AMIS-42665, AMIS-42675

Приемопередатчики NCV7340, NCV7341, AMIS-42665 и AMIS-42675 позиционируются как маломощные CAN-трансиверы.

Наиболее интересным с точки зрения гибкости управления электропитанием является приемопередатчик NCV7341. Он поддерживает несколько режимов работы:

Приемопередатчики NCV7340, AMIS-42665 и AMIS-42675 предоставляют только два режима работы: «Normal Mode» и «Standby Mode». Потребление в режиме «Standby Mode» составляет порядка 10 мкA.

Все приемопередатчики имеют дополнительный внутренний источник, предназначенный для выравнивания потенциалов на CAN-шине (VSPLIT), что позволяет значительно сократить на ней уровень электромагнитного излучения.

Приемопередатчики NCV7340, AMIS-42665 и AMIS-42675 совместимы с трехвольтовой логикой.

Однопроводный приемопередатчик NCV7356

Однопроводный приемопередатчик NCV7356 работает по одному неэкранированному проводнику в соответствии со стандартом SAE J2411. Это позволяет получить минимальную себестоимость системы, принося в жертву скорость обмена и помехоустойчивость. При нормальном режиме работы скорость ограничивается 33 кбит/с. В высокоскоростном режиме достигается скорость 100 кбит/с, но при этом происходит отключение схемы управления формой выходного сигнала. Приемопередатчик совместим с трехвольтовой логикой.

Двухканальные приемопередатчики AMIS-42700 и AMIS-42770

Особенность этих трансиверов — наличие в одном корпусе двух одинаковых приемопередатчиков, предназначенных для подключения одного CAN-контроллера к двум CAN-шинам.

Такой вариант включения позволяет создавать системы с резервированием или использовать один микроконтроллер для доступа к двум различным сетям (поочередно). Одновременная работа двух сетей крайне нежелательна, поскольку различные сети имеют различное состояние.

Выбор рабочей сети осуществляется с микроконтроллера через два дискретных сигнала EN1 и EN2 (рисунок 3), разрешающих доступ к первой и второй шинам, соответственно. Данные поступают через каналы Rx0 и Tx0.

Рис. 3. Схема включения трансивера AMIS-42770

Другое возможное применение — создание шинного повторителя (ретранслятора) (рисунок 4).

Рис. 4. Шинный повторитель на трансивере AMIS-42770

При отсутствии подключения к внешним выводам Rx0 и Tx0 происходит внутренняя коммутация первого и второго каналов. Данные с первого канала поступает на второй, а со второго — на первый.

Сдвоенный приемопередатчик NCV7441

Приемопередатчик NCV7441 является новинкой в линейке микросхем CAN-интерфейса компании ON Semiconductor.

NCV7441 (рисунок 5) содержит в одном корпусе два полностью независимых высокоскоростных приемопередатчика CAN-интерфейса, которые можно индивидуально подключить к двум различным CAN-контроллерам.

Рис. 5. Структурная схема трансивера NCV-7441

Каждый канал независимо другого канала может работать в нормальном или ждущем режиме, выход из которого осуществляется по сигналу на шине данных. В ждущем режиме происходит выключение передатчика, и ток потребления канала уменьшается. Рабочим остается только низкопотребляющий приемник. При нахождении обоих каналов в ждущем режиме потребление падает до 20 мкA.

Эти особенности трансивера позволяют снизить общее потребление схемы, уменьшить стоимость и физические размеры решения путем замены двух одноканальных CAN-приемопередатчиков на один сдвоенный трансивер.

Схема мониторинга питания (Supply Monitor) осуществляет наблюдение за напряжением питания микросхемы. Если питающее напряжение падает до уровня меньше 3,5 В, то происходит блокировка работы приемопередатчика.

Схема температурной защиты предохраняет микросхему от выхода из строя, отключая передатчик, если температура превышает критическое для микросхемы значение.

NCV7441 может работать на скоростях до1 Мбит/с, поддерживает стандарты ISO 11898 Standard (ISO 11898-2, ISO11898-5 и SAE J2284). Уровень защиты от электростатических разрядов: ±10 кВ. Диапазон рабочих температур от — 40 до 125°С.

Типичный вариант подключения микросхемы к двум независимым CAN-контроллерам представлен на рисунке 6.

Рис. 6. Схема включения трансивера NCV-7441

Заключение

Компания ON Semiconductor имеет в своем арсенале довольно большой набор приемопередатчиков для построения CAN-сетей и может удовлетворить практически любым требованиям разработчиков. Линейка содержит как самые простые трансиверы, так и сложные многофункциональные микросхемы с уникальными возможностями. Вне зависимости от того, какой трансивер выберет разработчик, он может быть уверен, что получит качественное изделие по привлекательной цене.

Источник