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本文介绍了评估”控制器局域网̵(CAN)正确的系统级测试方法收发器。这种测试方法的优点是通过在多CAN节点系统中执行不同CAN节点之间的数据传输来解释的。CAN是支持不同传感器、机器或控制器相互通信的稳定通信标准。与一般接口相比，CAN接口更加稳定可靠，能够有效处理总线竞争，因此广泛应用于工业自动化、家庭自动化和汽车应用。

旧版CAN2.0提供8字节有效载荷，最多支持2 Mbps的数据速率。在某些情况下，2 Mbps的数据速率不足以应对紧急通信事件，因此CAN.org提出了CAN的新通信协议-FD，支持数据的速度高达10 通信Mbps。

CAN-旧版CAN和CAN-FD的主要区别在于灵活的数据速率(FD)。在CAN-FD中，数据速率(即每秒传输的位数)高于经典CAN(10) Mbps仅用于数据有效载荷；仲裁位速率仍限于1 Mbps）快5倍。CAN-FD中的新闻有效载荷从CAN的8字节增加到64字节。

当使用CAN-FD时，传感器可以改变数据速率，增加或减少有效载荷。与当今工厂的旧CAN相比，更快的数据速度和更大的有效载荷容量带来了许多系统操作优势。

CAN通信-基础知识CAN通信包括两个主要组件：(a) CAN控制器和(b) 如图1所示，CAN收发器。

图1. 单个CAN节点。CAN控制器处理CAN通信的数据链路层，CAN收发器处理物理层。让我们简要介绍一下CAN收发器的物理层。

逻辑0在CAN协议中被称为显性位，逻辑1被称为隐性位。CANH和CANL之间的电压差决定了发射和接收信号的逻辑电平，因为CANN是一种差异协议。如果CANH-CANL电压大于1.5 V，CAN接收器将该位置识别为逻辑0。如果CANH-CANL电压小于200 mV，CAN接收器将该位置识别为逻辑1。图2显示了CAN收发器TXD引脚上数字逻辑1和逻辑0位的连续传输，以及CANH和CANL引脚上等效CAN总线的电平。接收器根据CANH和CANL电压的差异，在RXD引脚上返回信号。

图2. CAN协议物理层。现在让我们来看看CAN数据链路层，它制定了一个数据帧来控制比特流传输，并有助于解决错误检测和总线竞争的问题。图3显示了标准的CAN帧格式。

图3. CAN协议数据链路层。每个节点从帧开始(SOF)SOF是数据帧开始时的第一个显性位。11位标志符是每个节点的唯一地址。IDE表示帧格式。该位域的逻辑0表示标准CAN格式，而逻辑1表示扩展CAN格式。r0是一个保留位。DLC字段表示要传输的数据字节数。最多可以在标准CAN2.0帧中传输8个字节。接收节点通过在总线上发送显性位来确认数据帧。最后，帧结束符(EOF)它是一个隐藏的位置，标志着数据帧的结束。

在大多数情况下，客户在选择CAN收发器时，通过函数生成器将比特流发送到CAN收发器的TXD引脚上，以评估CAN收发器。虽然这种方法非常适合评估单节点CAN，但在开发多节点和远程CAN系统时似乎存在缺陷。因此，为系统选择合适的CAN收发器，必须采用新的CAN控制器和收发器测试方法。使用这种方法背后的原因是什么？

这种系统级测试方法在仲裁方法中使用的主要原因是CAN协议的仲裁特征。如果两个节点试图同时占用总线，则使用非破坏性逐位仲裁进行访问。CAN总线的控制将保留第一个标志符位为0（显性）发送的节点， 并继续完成其消息传输， 其它节点发送1(隐性)。图4显示了两个节点之间的仲裁方案。

图4. CAN仲裁在双节点系统中。节点1和节点2通过CAN总线相互连接。因此，CANH和CANL信号共享两个节点。TXD1和RXD1是用于节点1的信号，TXD2和RXD2是用于节点2的信号。可以看出，节点1和节点2的前三位是一样的:分别是1、0、1。节点2的第四位是1，而节点1是0。赢得仲裁并继续发送完整信息是因为节点1有一个显性位。该消息由节点2确认。一旦节点1完成传输，节点2开始发送消息。节点1确认此消息。

每个节点都有唯一的标识符ID。因此，仲裁过程中使用了11位标识符ID。这些比特将被控制器读回，以识别信息传输的优先级。在CAN-FD中，半导体仲裁位率可以与数据位率相同或不同。在CAN2.0中，仲裁位率与数据位率相同。

在旧的CAN2.0系统中，有时位速率比标准CAN2.0推荐的1要快 为了加快数据传输，Mbps增加了。在CAN-FD系统中，仲裁位率限制为1 Mbps的数据速率高达10 Mbps。在仲裁阶段，包括11位标识符和SOF位，每个传输位都被读回同步。

CAN节点在CAN总线边缘同步，但总线上的信号传输时间会在节点之间引入相位差。CAN的非破坏性仲裁机制要求两个节点之间的相位差小于半个比特时间。该标准比特时间的下限定义了标称位速率和总线长度的上限。因此，需要考虑RXD的上下时间、CAN收发器的环路延迟和电缆。在更高的位速下(例如10 Mbps），传输延迟和上升时间/下降时间小于50 ns。

因此，CAN-FD中的仲裁位率限制在1 Mbps，允许多个可能的节点同步更高的余量。然而，CAN-FD是一项尚未应用于所有CAN系统的新协议。在某些情况下，CAN-因此，客户继续使用标准CAN控制器，FD控制器不能使用或被认为是昂贵的附加组件。在这些系统中，CAN节点需要以更高的位速率，因为它涉及到关键传感器信息，节点之间的电缆长度可能更短(>2 Mbps)进行通信。在这种情况下，收发器的上升时间/下降时间对称性和传输延迟可能会限制允许的数据通信上限。

以CAN收发器MAX3012E为例，CAN收发器已经通过了20米的电缆测试，最高速度为13.3 Mbps。在图5中，TXD2位宽为75 ns（对应于13.3 Mbps），RXD2位宽为72 ns。当控制器采样80%TXD位宽时，最小RXD位宽为60，包括所需RXD的上升时间/下降时间和环路延迟 ns。在图5中，可以看到接收到的位宽为72 ns。所以，MAX33012E符合条件，并且足够稳定，可以以更高的速度工作。在这种情况下，CAN控制器不会检测到任何错误，并将继续执行数据通信。

图5. MAX33012E CAN数据传输。图6显示了13.3 在Mbps速度下进行测试的竞争产品的范围。对于这部分，传输位宽为75 ns（对应于13.3 Mbps），接收位宽小于传输位宽(48 ns)80%。因此，仲裁阶段传输失败，导致通信错误，最终系统停止工作。

图6. 竞争产品的CAN数据传输。这些类型的数据传输错误只能通过完整的系统级测试来发现，包括多个CAN控制器、CAN收发器和长电缆。

结论是，对CAN收发器进行系统级测试有助于揭示系统未来可能出现的数据传输问题。CAN控制器和电缆可以用来评估CAN收发器，以满足所需的时间顺序和电压规格，以避免这些问题。CAN系统的稳定性取决于CAN系统中各组件性能的累积结果。单独评估组件或CAN收发器不能准确测量系统功能。提前验证系统比更换系统更经济高效，直到出现故障。因此，强烈建议在选择CAN控制器之前进行系统级测试。

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