本文導(dǎo)讀

在實際運行過程中，CAN總線線路可能因多種因素出現(xiàn)故障，其中斷路和短路故障較為常見且影響嚴重。深入了解這兩大類故障的現(xiàn)象及對總線的影響，對于快速定位故障、保障系統(tǒng)穩(wěn)定運行具有重要意義。

掌握CAN總線的物理故障現(xiàn)象及對應(yīng)的波形細節(jié)，有助于我們對CAN總線的故障排查，通過ZPS-CANFD的“物理層擾動控制面板”可以模擬CAN總線中以下常見的幾種物理故障，然后再結(jié)合“DSO控制面板”觀察故障后CANH、CANL和CAN差分（CANDIFF）信號的波形細節(jié)，進而來評估當(dāng)前故障對CAN總線通信的影響。

表1常見物理故障類型

圖1 ZPS物理故障模擬面板

CAN正常報文和波形

CAN總線主要由一對差分信號線CANH和CANL構(gòu)成，其電平表達是基于差分信號機制，根據(jù)CAN標準規(guī)定，CAN差分顯性電壓識別閾值下限值0.9V、隱性電壓識別閾值上限值0.5V，當(dāng)CAN差分信號符合此條件時表達成對應(yīng)的顯隱性電平。正常時的CANH、CANL和CANDIFF的顯、隱性輸出電壓特點及波形如圖 2所示。

表2 CAN顯隱性電壓參考范圍

圖2 CAN正常報文和波形

故障后的現(xiàn)象分析及影響評估

假設(shè)一個CAN總線上只有兩個節(jié)點，分別是ZPS、USBCANFD-100U，兩個設(shè)備間的CANH、CANL、CANGND分別對應(yīng)連接，然后通過ZPS的“物理層擾動控制面板”功能進行物理故障模擬，最后結(jié)合報文接收、DSO控制面板窗口對故障后的現(xiàn)象和影響進行分析。

一、CANH斷路

1.使能100U發(fā)送報文；

2.斷開CANH，即斷開ZPS物理故障模擬面板中“CANH Dis”繼電器；

3.現(xiàn)象如圖4所示，從波形上看，CANH、CANL在節(jié)點發(fā)送時同步下拉并異常密集，CANDIFF波形對應(yīng)電壓在0V左右；

圖3CANH斷路故障前后的波形對比

圖4 故障后CANH、CANL、CANDIFF波形細節(jié)
4. 使能ZPS發(fā)送報文，現(xiàn)象如圖 5所示，此時受斷路故障影響，將導(dǎo)致發(fā)送節(jié)點（ZPS）的重發(fā)機制持續(xù)報文發(fā)送，但若CAN總線上有多個節(jié)點，只斷開一個節(jié)點不會影響到其它節(jié)點間的通信。

圖5 CAN總線通信錯誤

二、CANL斷路

1.使能100U發(fā)送報文；

2.斷開CANL，即斷開“CANL Dis”繼電器；

3.現(xiàn)象如圖7所示，從波形上看，CANH、CANL在節(jié)點發(fā)送時同步上拉并異常密集，CANDIFF波形對應(yīng)電壓在0V左右；圖6 CANL斷路故障前后的波形對比圖

圖7 故障后CANH、CANL、CANDIFF波形細節(jié)

4. 使能ZPS發(fā)送報文，現(xiàn)象如圖8所示，此時受斷路故障影響，將導(dǎo)致發(fā)送節(jié)點（ZPS）的重發(fā)機制持續(xù)報文發(fā)送，但若CAN總線上有多個節(jié)點，只斷開一個節(jié)點不會影響到其它節(jié)點間的通信。

圖8 CAN總線通信錯誤

三、CANH、CANL斷路

1.使能100U發(fā)送報文；

2.斷開CANH、CANL，即斷開“CANH Dis”、“CANL Dis”繼電器；

3.現(xiàn)象如圖9所示，從波形上看，CANH、CANL波形對應(yīng)電壓均在2.5V左右，所以CANDIFF電壓在0V左右；

圖9 故障后CANH、CANL波形細節(jié)

4. 使能ZPS發(fā)送報文，現(xiàn)象如圖8所示，此時受斷路故障影響，將導(dǎo)致發(fā)送節(jié)點（ZPS）的重發(fā)機制持續(xù)報文發(fā)送，但若CAN總線上有多個節(jié)點，只斷開一個節(jié)點不會影響到其它節(jié)點間的通信。

四、CANH對電源（12V）短路

1.使能100U、ZPS均處于發(fā)送報文狀態(tài)；

2.將RH電阻設(shè)置為0Ω，然后將繼電器撥到+12V端；

3.現(xiàn)象如圖10所示，從波形上看，CANH、CANL波形整體被拉高了，細節(jié)波形及對應(yīng)電壓如圖11所示；

CANH顯隱性電壓被拉高到12V左右；

CANL顯性電壓被拉高到7.5V左右，隱性電壓被拉高到12V左右；

CANDIFF：隱性電壓0V，顯性電壓3.6V。

圖10CANH對電源短路故障前后波形對比圖

圖11故障后CANH、CANL、CANDIFF波形細節(jié)及對應(yīng)電壓

4. 因為CANDIFF顯隱性電壓仍符合CAN理論對顯隱性判斷的電壓范圍，所以CAN總線上的所有節(jié)點不受故障影響仍能正常通信，如圖12所示。

圖12 CAN總線通信正常

五、CANL對電源（12V）短路

1.使能100U、ZPS均處于發(fā)送報文狀態(tài)；

2.將RL電阻設(shè)置為0Ω，然后將繼電器撥到+12V端；

3.現(xiàn)象如圖13所示，從波形上看，CANH、CANL波形整體被拉高了，細節(jié)波形及對應(yīng)電壓如圖14所示；

CANH顯隱性電壓被拉高到12V左右；

CANL顯隱性電壓被拉高到12V左右；

CANDIFF顯隱性電壓均為0V。

圖13 CANL對電源短路故障前后波形對比圖

圖14 故障后CANH、CANL、CANDIFF波形細節(jié)及對應(yīng)電壓

4. 受故障影響，CANDIFF的顯隱性電壓均接近0V，所以CAN總線通信中斷。

六、CANH、CANL對電源（12V）短路

1.使能100U、ZPS均處于發(fā)送報文狀態(tài)；

2.將RH、RL電阻設(shè)置為0Ω，然后將對應(yīng)的兩個繼電器分別撥到+12V端；

3.現(xiàn)象如圖15所示，從波形上看，CANH、CANL波形電壓均在12V左右，所以CANDIFF電壓接近0V，所以受故障影響，CAN總線通信中斷。

圖15故障后CANH、CANL波形細節(jié)

七、CANH對地短路

1.使能100U、ZPS均處于發(fā)送報文狀態(tài)；

2.將RH電阻設(shè)置為0Ω，然后將繼電器撥到地端；

3.現(xiàn)象如圖16所示，從波形上看，CANH、CANL波形整體被拉低了，細節(jié)波形及對應(yīng)電壓如圖17所示；

CANH顯隱性電壓被拉低到0V左右；

CANL顯隱性電壓被拉低到0V左右；

CANDIFF顯隱性電壓均為0V。

圖16CANH對地短路故障前后波形對比圖

圖17 故障后CANH、CANL、CANDIFF波形細節(jié)

4.受故障影響，CANDIFF的顯隱性電壓均接近0V，但有毛刺存在影響到CAN通信，導(dǎo)致CAN總線通信異常，如圖18所示。

圖18CAN通信異常

八、CANL對地短路

1.使能100U、ZPS均處于發(fā)送報文狀態(tài)；

2.將RL電阻設(shè)置為0Ω，然后將繼電器撥到地端；

3.現(xiàn)象如圖19所示，從波形上看，CANH、CANL波形整體被拉低了，細節(jié)波形及對應(yīng)電壓如圖20所示；

CANH顯性電壓被拉低到2.5V左右，隱性電壓被拉低到0V左右；

CANL顯隱性電壓被拉低到0V左右；

CANDIFF：隱性電壓0V，顯性電壓2.3V。

圖19CANL對地短路故障前后波形對比圖

圖20 故障后CANH、CANL、CANDIFF波形細節(jié)

4.因為CANDIFF顯隱性電壓仍符合CAN理論對顯隱性判斷的電壓范圍，所以CAN總線上的所有節(jié)點不受故障影響仍能正常通信。

九、CANH、CANL對地短路

1.使能100U、ZPS均處于發(fā)送報文狀態(tài)；

2.將RH、RL電阻設(shè)置為0Ω，然后將對應(yīng)的兩個繼電器分別撥到地端；

3.現(xiàn)象如圖21所示，從波形上看，CANH、CANL波形電壓均在0V左右，所以CANDIFF電壓接近0V，所以受故障影響，CAN總線通信中斷。

圖21 故障后CANH、CANL波形細節(jié)

十、CANH對CANL短路

1.使能100U、ZPS均處于發(fā)送報文狀態(tài)；

2.將RHL電阻設(shè)置為0Ω；

3.現(xiàn)象如圖22所示，從波形上看，CANH、CANL波形電壓均在2.5V左右，所以CANDIFF電壓接近0V，所以受故障影響，CAN總線通信中斷。

圖22 故障后CANH、CANL波形細節(jié)

十一、CANH和CANL反接

1.使能100U發(fā)送報文；

2.撥動CAN Ex繼電器將CANH和CANL反接；

3.現(xiàn)象如圖24所示，CANH、CANL、CANDIFF波形有序但是電平均不在正常范圍之內(nèi)；

圖23CANH和CANL反接故障前后波形對比圖

圖24 故障后CANH、CANL、CANDIFF波形細節(jié)

4. 使能ZPS發(fā)送報文，現(xiàn)象如圖25所示，此時受反接故障影響，導(dǎo)致CAN總線波形出現(xiàn)高低混亂的現(xiàn)象，進而導(dǎo)致了CAN總線的通信異常，如圖26所示。

圖25 故障后CANH、CANL波形細節(jié)

圖26CAN總線通信異常