車載網絡 (IVN) 能夠讓微控製器和發動機控製單元 (ECU) 處理器與傳感器、執行器、指示器、顯示器之間實現相互通信。控製器區域網絡 (CAN) 總線便是經典的 IVN 之一。CAN 問世至已有近三十年，並且仍在繼續發展。

正如 ISO11898 標準中描述的那樣，經典 CAN 總線的數據速率高達 1 Mbps，並使用單根雙絞線處理中等帶寬需求。CAN 總線像所有有源網絡一樣將繼續發展以滿足行業需求。例如，CAN 靈活的數據速率 (CAN FD) 將數據率提高到 5 Mbps。最新的 CAN 標準是超長 CAN (CAN XL)，其運行速度可達 10 Mbps 或更高；且兩者都向後兼容傳統 CAN。

CAN 網絡的物理層 (PHY) 布線由 CAN 節點之間的雙絞線完成（圖 1）。

圖 1：CAN 網絡采用端接式雙絞線布線，且節點采用垂線連接方式。每個節點都有一個 CAN 收發器和一個具有 CAN 控製器功能的微控製器單元 (MCU)。（圖片來源：Texas Instruments）

CAN 網絡的總線布線要求在總線兩端分別端接 120 Ω 電阻器，以最大限地度減少反射。總線速率取決於 CAN 的具體實施，並受到網絡實際長度的影響。網絡越長，能支持的最大數據速率就越低。1 Mbps 的數據率適合 40 m 或更短的網絡長度。

在通信過程中，使用雙絞線中的兩根線實現差分，指定為 CANH 和 CANL：要在端接雙絞線的 60 Ω 差分負載上實現 1.5 V 差分信號，需要使用 CAN 收發器驅動器。信號電平被稱為顯性電平和隱性電平。顯性電平（“1”）具有大於或等於 0.9 V 的差分電壓。隱性電平（“0”）具有小於 0.5 V 的差分電壓（圖 2）。

圖 2：所示為 CAN 總線 CANH 和 CANL 導線的差分信號定義。（圖片來源：Texas Instruments）

總(zong)線(xian)驅(qu)動(dong)器(qi)能(neng)夠(gou)自(zi)動(dong)將(jiang)總(zong)線(xian)驅(qu)動(dong)到(dao)顯(xian)性(xing)狀(zhuang)態(tai)，而(er)返(fan)回(hui)到(dao)隱(yin)性(xing)狀(zhuang)態(tai)則(ze)依(yi)賴(lai)於(yu)通(tong)過(guo)端(duan)接(jie)進(jin)行(xing)的(de)電(dian)阻(zu)放(fang)電(dian)。它(ta)還(hai)允(yun)許(xu)顯(xian)性(xing)位(wei)覆(fu)蓋(gai)隱(yin)性(xing)位(wei)狀(zhuang)態(tai)。此(ci)功(gong)能(neng)用(yong)於(yu)確(que)認(ren)和(he)總(zong)線(xian)仲(zhong)裁(cai)。

測試 CAN 總線

可用示波器測試 CAN 總線的 PHY。確保示波器和相關探頭的帶寬大約是串行數據信號的時鍾速率的 5 倍。如果考慮整個的 CAN 總線數據速率範圍
，那麼 CAN XL 的數據字段的最大速率是 20 Mbps。這表明我們應該使用一個帶寬超過 100 MHz 的示波器。讓我們選用 Teledyne LeCroy 的 HDO4024A 示波器。這是一款帶寬為 200 MHz 的四通道示波器。

連接 CAN 總線

用探頭將示波器與 CAN 總線連接。可以用示波器附帶的兩個 10:1 高阻抗探頭。這樣，就可以查看差分組件，即 CANL 和 CANH。為了查看差分信號，使用示波器的差分數學函數，用 CANH 減去 CANL（圖 3）。

圖 3：CANH（頂部軌跡），CANL（中心軌跡）以及 CAN 差分信號（底部軌跡）。差分信號是用示波器的差分數學函數計算出來的。（圖片來源：Teledyne LeCroy）

一個更好的方法是使用類似 Teledyne LeCroy ZD200 的差分探頭。ZD200 的帶寬為 200 MHz
，差分電壓範圍為 ±20 V
，共模電壓範圍為 ±60 V。該探頭有兩個輸入：非反相 (+) 輸入連接到 CANH
，而反相輸入 (-) 則連接到 CANL。因為我們使用的是差分探頭，所以隻需一個示波器通道（圖 4）。這表示一個持續時間為 100 ms 的 CAN 信號，且包含大約 20 條信息。底部是一個水平擴展的縮放軌跡，顯示了較長時間采集過程中的單條信息。

圖 4：所示為一個持續時間為 100 ms 的 CAN 信號
，通過差分探頭采集了大約 20 條信息。水平擴展的縮放軌跡（底部）顯示了較長時間采集過程中的單條信息。（圖片來源：Art Pini）

差分探頭的另一個優點是

，能夠削弱兩個輸入端共有的任何噪聲或瞬態
，從而提高測量信噪比 (SNR)。這在充滿電噪聲的車輛環境中尤為重要。

CAN 協議

CAN 總線信息遵守標準化協議，允許網絡在需要時進行數據和指令尋址（圖 5）。

圖 5：CAN 協議提供了一個在總線上傳輸數據並驗證其是否被接收的架構。該協議還提供錯誤檢查。（圖片來源：Texas Instruments）

在 CAN 總線方麵
，Teledyne LeCroy 示波器提供了一個讓人喜歡的、非常有用的選項：CAN 和 CAN FD 觸發和解碼軟件。HDO4K-CAN BUS TD 示波器軟件適用於傳統 CAN 網絡
，而 HDO4k-CAN FD TD 選項適用於 CAN FD 總線。利用這些選項，示波器可在出現特定的 CAN 消息內容時觸發，包括消息 ID、ID 加數據內容、遠程消息

、錯誤事件或者所有消息。主要功能是對信息進行解碼——就像一台協議分析儀（圖 6）。

圖 6：HDO4K-CAN BUS TD CAN 觸發和解碼選項會讀取 CAN 信息，並以不同顏色覆蓋這些信息，以顯示不同的字段及其內容。（圖片來源：Art Pini）

每mei個ge信xin息xi字zi段duan都dou通tong過guo覆fu蓋gai特te定ding的de顏yan色se及ji文wen本ben標biao簽qian來lai識shi別bie。每mei條tiao信xin息xi也ye被bei列lie在zai位wei於yu所suo顯xian示shi波bo形xing下xia方fang的de表biao格ge中zhong。點dian擊ji表biao格ge中zhong的de任ren何he條tiao目mu，相xiang關guan的de波bo形xing便bian在zai縮suo放fang軌gui跡ji中zhong顯xian示shi
，以yi便bian仔zai細xi檢jian查zha。

點擊表格的標題，用戶可以搜索或篩選該字段內符合特定條件的表格條目，並隻顯示需要的條目。例如，通過選擇 ID 字段，隻顯示具有特定 ID 或特定 ID 範圍的條目。

通過選擇符號查看，示波器將使用行業標準的數據庫 CAN (DBC) 文件，將十六進製字段條目轉換成描述每個字段的純語言文本（圖 7）。

圖 7：符號解碼將原始十六進製數據轉換成純文本

，以幫助解釋 CAN 信息中包含的數據。（圖片來源：Art Pini）

例如，擴展發動機冷卻液的消息內容
，以顯示數據包括了冷卻液溫度
、壓力和液位信息。

jiemaxuanxianghaixianshiletianchongweidecunzai。ruguoweixuliebaohanwugehuogengduogexiangtongzhuangtaidewei，zekongzhiqijianghuicharuyigexiangfanzhuangtaidetianchongwei
，yiquebaoxinhaozhongyouzugouduodebianyanlaibaochitongbu。zhexietianchongweihuibeijieshouqiyichu，yiquebaoshujuneirongzhengquewuwu。zaiqianmianliangfutuzhong，yong SB 標簽顯示這些填充位。

結語

盡管 CAN 總(zong)線(xian)技(ji)術(shu)已(yi)經(jing)很(hen)成(cheng)熟(shu)，但(dan)仍(reng)在(zai)不(bu)斷(duan)發(fa)展(zhan)和(he)適(shi)應(ying)
，以(yi)滿(man)足(zu)汽(qi)車(che)工(gong)程(cheng)師(shi)的(de)需(xu)求(qiu)。示(shi)波(bo)器(qi)也(ye)是(shi)如(ru)此(ci)。設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)可(ke)以(yi)使(shi)用(yong)配(pei)有(you)適(shi)當(dang)探(tan)頭(tou)的(de)示(shi)波(bo)器(qi)和(he)可(ke)選(xuan)的(de)觸(chu)發(fa)和(he)解(jie)碼(ma)軟(ruan)件(jian)，將(jiang)其(qi)作(zuo)為(wei)一(yi)種(zhong)有(you)效(xiao)的(de)工(gong)具(ju)來(lai)簡(jian)化(hua) CAN 總線網絡的測試和故障查找。

(來源：作者：Art Pini）