[实用新型]一种大功率CAN总线发送电路

说明书

技术领域

电子信息——通信——数字信息的传输。

背景技术

ISO11898-2规范（最常用的CAN规范）使用双绞线作为传输介质，传输的最远距离是10000米。事实上CAN总线的传输距离受很多因素影响，如电缆质量、传输速率、环境因素等，一般很难达到这么远的距离。CAN总线两端的终端电阻和传输线路都会消耗很多发送端发出的能量，传输线路周围的干扰信号也会影响正常信号的传输。

影响CAN总线传输距离的因素主要有三种。第一种因素是阈值。信号经过长距离传输后，到达接收节点的时候，电压幅度可能达不到接收器的阈值，即CAN总线接收器的门槛电压，这时候信号将被忽略。普通CAN总线收发器的输出电压一般为2.5V左右，当传输线的电阻率偏高或传输线路较长时，当信号到达接收节点时，信号电压会低于CAN总线接收器阈值，这样就会导致信号的丢失。

影响CAN总线传输距离的第二种因素是干扰。所谓干扰指的是有用信号以外的所有信号，这些外部信号会串入有用信号之中，并且这些串入的信号会持续积累。随着干扰信号的叠加，不仅有用信号的形状被改变，甚至会逐渐被噪声淹没。一般说来，线路越长，串入的干扰越多；传输线路周围干扰信号越多，传输距离就越短。

影响CAN总线传输距离的第三种因素是传输线路的等效参数导致的信号变形和延迟。一段传输线路的等效参数包括电阻、电容和电感，其中电容和电感是导致信号变形和延迟的主要因素。如果在一段传输线路的一端施加信号，由于传输线路自身电容和电感的影响，在另一端出现的信号就会产生变形和延迟，这将导致接收到的信号与原始信号相比会产生较大的变化，无法还原真实信号。传输线路越长，这种变形和延迟越严重。

本实用新型的目的就是针对这几种情况，通过提高输出信号的电压和电流，延长CAN总线传输距离。

发明内容

对于影响CAN总线传输距离的第一种情况，需要提高发送信号的电压幅度。当发送端的输出电压增高，经过传输线路，到达接收端的时候，双绞线两线间的电压也会相应提高，只要能可靠越过接收器的门槛电压，就能正确接收数据。

对于第二种情况，解决方法有几种：减少发送器的内阻、减少终端电阻的阻值、提高发送时的电压和电流、使用滤波器等。这几种方法只是衰减电子噪声，使其不影响数据传输而已。其中，减少终端电阻的阻值并不可取，否则将与总线的特征阻抗不匹配。而滤波器则不具备普遍性，只适用于特定频谱的电子噪声。所以，真正可行的方法也就是减少发送器内阻和提高发送电压和电流。相对来说，提高发送电压和电流更容易一些。

对于第三种情况，最合适的解决方法就是降低传输速率，其它方法效果不明显。

从前面的分析可以看出，当需要延长CAN总线的传输距离时，如果首先遇到的问题是第一种情况，就要提高发送器的输出电压。如果首先遇到的问题是第二种情况，最好同时提高发送器的输出电压和输出电流。如果首先遇到的问题是第三种情况，则应该降低传输速率。

综上所述，提高CAN总线发送器的输出电压和输出电流，能够延长CAN总线的传输距离。

要提高CAN发送器的发送电压和电流，不能使用普通的CAN发送器，必须设计一个全新的CAN发送器。除了输出电压和输出电流，这个CAN发送器必须尽量遵守CAN规范，否则在与标准CAN设备通信时会出现各种问题。

在CAN规范中，CAN总线由CANH和CANL两条线组成。在无数据输出或输出"1"的时候，CANH和CANL都呈现悬空状态；当输出"0"的时候，CANH上拉，CANL下拉。

很明显，CANH和CANL都要求开漏输出，而且输出CANH的场效应管源极连接电源正极，输出CANL的场效应管源极连接电源负极。

为了调节输出电流，CANH和CANL必须有电流调节器件。最简单的方案是使用限流电阻来调节输出电流，该电阻上可以并联加速电容补偿信号边沿。复杂一些的方案是使用恒流器件，这对于干扰比较严重的场合很有利。

要使得CANH和CANL正常工作，必须对这两个场效应管施加合适的驱动。在输出"0"的时候，CANH场效应管必须施加低电平驱动，使之饱和导通；同时CANL场效应管必须施加高电平，使之饱和导通。在输出"1"的时候，这两个场效应管都必须保持截止。