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总结BMS上CAN收发器电路的几个要点

2020-1-21 11:33:13发布7次查看

最近在整理一年来收集的文档,按照内容进行分类,后续供大家下载,这样可以更高效地找到您需要的内容。
这次的主要任务是把can通信的电路从头到尾过一遍,然后再结合实际中的产品应用情况总结一下。
不仅是bms上,绝大部分ecu都会具备can通信功能,它太常见了,常见得很容易让人忽略它。can(controller area network 控制器局域网)是二十世纪八十年代初德国bosch公司为解决现代汽车中众多ecu之间的数据交换而开发的一种串行通信协议(图片来源于网络)。
我们比较熟知关于can的标准为iso 11898,更进一步地描述是参照iso/osi基本模型,iso 11898标准定义了can通信的物理层与数据链路层,这里我们主要讨论的是物理层,下图很生动地描述了上述的层次关系,建议大家仔细看一下。
说到了iso 11898,再顺便展开一下,这个标准经过目前修订后,只包括了以下四个部分:其中第二部分与第三部分介绍的是高速can与低速can(125k bit/s以下),我们大部分工作中遇到的场景是高速can,本文的对象也是高速can。新标准在第二部分中加入了canfd的内容。
物理层是整个can通信的基础,为节点之间提供数据通信的媒介和互联的设备,实际bms硬件电路上搭建的就是这个部分,如下图所示,描述了整个物理连接的媒介与设备。
很多单片机内部都集成了can控制器模块,拿比较常用的s32k14x系列单片机来举例,内部的can控制器功能框图如下,它将单片机的cpu想要发送的信息,转换成符合can标准的帧报文,再通过can收发器发送到总线上面。
can收发器将二进制的数据流(rx/tx)转换成了差分信号(canh/canl),can收发器电路是本文主要想讨论的地方;之前有分析过很多bms的竞品,它们使用的can收发器大部分是来自nxp的tja1051,内部框图如下所示。
can收发器的一般应用电路如下图,一般情况下收发器是没有split引脚的;下图中也标识了各个器件的作用,注意这些器件并不是一定要布置的。
共模电感作用是为共模干扰信号提供高阻抗路径,而为差分信号提供低阻抗通路;一般为了避免漏感以及寄生电容引起的振荡问题,要求共模电感的漏感在500nh以下,并要将共模电感靠近收发器放置;大部分的bms上can电路中都会有这个共模电感。
电容ch与cl是用来对端口进行滤波的,注意这两个电容的容值不能太大,避免造成通信故障,典型推荐值为小于100pf@500k bit/s;pcb推荐布局放置在共模电感与esd保护二极管之间。
电阻rt/2就是can通信的终端匹配电阻,标准要求阻值为120ω,等于传输线的特征阻抗,这样每一个rt/2为60ω;匹配电阻是为了减小高速can信号在线上的反射。
电容cg与电阻rt/2组成了低通滤波器,电容的推荐值为4.7nf~47nf;这种用法已经在大量的实践中得到证明,可以有效地降低干扰。
顺便再提一句,在iso 11898-2_2003中给出了终端电阻的取值范围,而且还给出了功率的大小(220mw min);但在2016年的新版标准中我还没找到,不知道为什么。
总结:
本文概括性地把can通信过了一遍,主要介绍了can收发器的应用电路;还有很多内容没有涉及,例如信号质量要求、can隔离实现方案、充电can端口防护、can通信共地问题、can屏蔽地等等,每个内容展开后都比较麻烦,后面再总结吧。以上所有,仅供参考。

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