【導讀】無論是CAN總線還是485總線，實際應用中經常會出現各種異常，常因總線組網後，波形邊沿出現過緩
、呈“鐮刀”狀的現象，導致數據丟失或出錯，那麼這現象前因後果大家是否真正的了解呢？ 

案例一

1. CAN總線異常現象

我司某工業機器人客戶反饋，使用SM1500的機器人控製板卡

，在傳輸數據過程中出現丟幀的情況，如下圖1
，客戶現場模擬的組網方式為31個節點的手拉手拓撲，通訊波特率為250kbps。

圖1 現場組網環境

若總線收發器在使用過程中出現異常，一般會先從總線波形著手去分析原因。如圖2，為客戶組網的簡要框圖，我司使用CAN分析儀抓取了第31個節點處總線波形
，發現波形邊沿過緩

，出現了“鐮刀”狀的現象，如下圖3。

圖2 控製板卡組網簡要框圖

圖3 CAN總線“鐮刀”波形

總線波形出現“鐮刀”狀的現象通常是由於總線上存在過大電容起的，根據電容的充放電時間公式可知t=RC，其中R可看成總線接口內阻與終端電阻，C則是總線上的等效電容。

如圖4，總線等效電容Cj包括總線引腳對地電容Cj1與總線之間的電容Cj2，當總線電平由高變低時（壓差變化），由於電容上的電壓不能突變，那麼電容Cj會分別通過內阻R內和終端電阻R終端放電。收發器內阻和終端電阻一般固定，當電容過大時，則放電時間變長，從而導致了總線波形邊沿變緩。

圖4 總線等效電容放電原理框圖

2. CAN接口電路原理與異常分析

SM1500 CAN接口電容一般隻有幾皮法

，即使31個節點組網最多也不過上百皮法，配合終端電阻使用一般不會出現“鐮刀”狀波形。我司在檢查客戶CAN接口電路後發現存在TVS管、氣體放電管等保護器件
，如下圖5。TVS管本身存在較大的結電容

，一般在幾百到上千皮法
，當總線組網後結電容會累計增加，高速通訊的時候總線就有可能出現“鐮刀”狀波形。

圖5 控製板卡CAN接口保護電路

將總線接口保護電路的TVS3和TVS4去掉後組網，並測試第31個節點處波形發現仍呈“鐮刀”狀，但波形邊沿遲緩程度減小
，如圖6
，同時也沒有再出現丟幀情況。最後再去掉TVS2後測試
，“鐮刀”狀波形消失
，如圖7。對比去掉TVS管前後波形，邊沿時間由1.3us減小至160ns，如圖8。

圖6 去掉部分TVS管後總線波形

圖7 去掉全部TVS管後總線波形

圖8 去掉TVS管前後波形邊沿時間對比

案例二

1. 485總線異常現象

我司某燈光設備客戶反饋，使用SM4500的燈光具設備以手拉手方式組網後，在進行程序燒寫時
，出現了部分設備無法燒錄程序的情況

，組網簡要框圖如圖9所示。

圖9 燈具設備組網簡要框圖

通訊波特率為250kbps
，如圖10為10台燈具設備組網後總線波形，從波形看
，和案例一相似，也呈“鐮刀”狀。

圖10 485總線“鐮刀”波形

2. 485總線接口電路原理與異常分析

設備接口原理如圖11，客戶在A、B線外加了1nF的電容C3、C4

，當多個設備組網後，總線上電容必然會隨著節點數的增多而增大，不僅起不到消除幹擾作用，反而導致了波形失真。

圖11 燈具設備485接口保護電路

為了確認是否是總線外接電容的影響

，我司用13台去掉了電容的設備組網
，並測試第13節點處波形
，總線“鐮刀”狀波形消失，如圖12左圖，但波形存在尖峰
，我司判斷這由於信號反射導致，給第13台設備端接入120Ω終端電阻後
，尖峰消失
，如圖12右圖。

圖12 接入終端電阻前後波形對比

應用推薦

經過上述案例分析
，可以知道，不管是CAN總線還是485總線，對電容都是非常敏感的，尤其是在高速通訊的時候。SM1500和SM4500本身就具有良好的EMC防護能力，裸機狀態下，靜電放電抗擾度滿足IEC/EN 61000-4-2Contact ±6KV；脈衝群抗擾度滿足IEC/EN 61000-4-4 ±2KV
；雷擊浪湧抗擾度滿足IEC/EN 61000-4-5 共模±2KV。

實際應用中
，適當的保護還是需要的，當需要增加防護器件時，需特別關注寄生電容的影響

，盡可能選小電容器件。如圖13，為我司推薦的常用接口防護電路，該電路寄生電容可控製在十幾皮法左右
，不僅滿足高速通訊的需求，同時浪湧防護能力可達到IEC/EN 61000-4-5共模 ±4KV
，差模 ±2kV的要求，如表1

，給出了一組推薦的器件參數，參數值僅做參考
，用戶需根據實際情況來確定適當的值。

圖13 總線常用接口保護電路

表1

如何有效避免鐮刀波形再發生

1. 避免在總線上直接接入電容，若一定要接入，則必須考慮好通訊波特率的限製

，以及組網後電容總和是否會影響通訊。

2. 避免因增加保護電路器件間接引入過大電容。在應用環境良好情況下，可少接或不接保護器件；環境惡劣則必須接保護器件，但應當選用寄生電容小的器件和電路方案
；同一總線不一定每個節點都需要接保護器件，應當根據環境惡劣情況

、節點總數
、波特率等因素選擇。

3. 避免選用劣質的通訊線，應當選用寄生電容小、內阻低的屏蔽雙絞線。

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