控制器局域網(wǎng)（CAN）標(biāo)準(zhǔn)不斷發(fā)展，正用于車載和工業(yè)網(wǎng)絡(luò)之外的許多新應(yīng)用。支持它的微處理器變得普遍且價(jià)格低廉，并且開源協(xié)議棧讓其非常容易訪問，同時(shí)也容易添加至新系統(tǒng)。有許多CAN板可用于BeagleBone （Capes）、Stellaris （BoosterPacks）、Arduino （Shields）和其他微處理器開發(fā)平臺(tái)。當(dāng)設(shè)計(jì)人員的系統(tǒng)上電卻不能工作時(shí)，應(yīng)該怎么辦呢？本文為您介紹一種對(duì)CAN物理層進(jìn)行調(diào)試的較好工程方法。我們將介紹基礎(chǔ)調(diào)試步驟，并說明一個(gè)CAN物理層應(yīng)有的性能，以及找出問題的一些小技巧。

　　調(diào)試基礎(chǔ)知識(shí)

　　ISO11898-2和ISO11898-5規(guī)范詳細(xì)說明了高速CAN物理層即收發(fā)器。掌握CAN物理層的基礎(chǔ)知識(shí)以后，利用簡(jiǎn)單的調(diào)試工具便可迅速地找出常見問題。所需的基本實(shí)驗(yàn)室工具為示波鏡、數(shù)字萬用表（DMM）和一個(gè)電源。如果想要深入了解問題，則需要更高精度和更復(fù)雜的工具。這種問題已非本文討論的范疇，但是這里介紹的基礎(chǔ)知識(shí)可幫助確定問題所屬類別，以及進(jìn)一步調(diào)試所需的其他工具。一個(gè)由 TI 組裝的CAN演示系統(tǒng)以及TI的SN65NVD255D評(píng)估模塊（EVM）1，用于演示硬件。另外，我們還使用了其他一些東西，例如：CAN連接器外接頭電纜和芯片鉤（抓住收發(fā)器引腳，讓其連接至電纜，以更加容易地連接示波器指針，如圖1所示）。

　　圖1：CAN物理層調(diào)試基本工具

　　連接檢查

　　開始調(diào)試對(duì)話時(shí)，使用DMM確認(rèn)印刷電路板（PCB）上連接如我們所預(yù)計(jì)的那樣—系統(tǒng)未上電。這看似很基礎(chǔ)，但令人吃驚的是，這個(gè)簡(jiǎn)單的方法卻解決了許多簡(jiǎn)單問題。所有人都會(huì)認(rèn)為原理圖、布局和制造工藝沒有問題，但不幸的是，它們有時(shí)卻并不如人愿。子插件板位置錯(cuò)誤、虛焊和錯(cuò)誤端接或者連接的電纜，都是一些常見問題。利用DMM電阻設(shè)置來確認(rèn)所有線路和連接均正確。圖2所示CAN應(yīng)用的簡(jiǎn)易原理圖用作參考。

　　圖2：CAN應(yīng)用簡(jiǎn)易原理圖

　　表1列舉了需要檢查的PCB和網(wǎng)絡(luò)連接。收發(fā)器引腳和PCB上其他相關(guān)連接之間的電阻應(yīng)為0Ω，除非設(shè)計(jì)使用表注里介紹的一些選項(xiàng)。例如，限流串聯(lián)電阻器、總線端接電阻器或者數(shù)字I/O的上拉或下拉電阻器。

　　表1：PCB和CAN收發(fā)器連接總結(jié)

　　總線端接檢查

　　大多數(shù)CAN標(biāo)準(zhǔn)均規(guī)定使用一條單雙絞線（有或者無屏蔽層），其特性阻抗（Z0）為120Ω。應(yīng)使用與線路特性阻抗相同的電阻器來端接電纜兩端，以防止信號(hào)反射。端接可以為電纜上總線端的單120Ω電阻器，如圖3中CAN總線左側(cè)所示；或者，它也可以位于某個(gè)端接節(jié)點(diǎn)內(nèi)，如圖3右側(cè)所示。不得將端接電阻從總線移除。如果CAN端接電阻負(fù)載不存在，則信號(hào)完整性會(huì)受到影響，并且無法滿足比特計(jì)時(shí)要求。如果總線共模電壓濾波和穩(wěn)壓理想，則使用分裂端接，如圖2所示。在該圖中，每個(gè)電阻器均為60Ω，而分裂電容器范圍為1 nF到100 nF，具體取決于共模濾波器所需的頻率。2CANH到CANL的測(cè)得電阻應(yīng)介于45Ω到65Ω之間，以達(dá)到CAN標(biāo)準(zhǔn)、兩個(gè)端接電阻器的并聯(lián)阻抗以及并聯(lián)節(jié)點(diǎn)輸入電阻的容差。應(yīng)根據(jù)可能碰到的極端故障狀態(tài)（通常為系統(tǒng)接地的電源電壓）來確定端接電阻器的額定功率。

　　圖2：CAN應(yīng)用簡(jiǎn)易原理圖

　　電源檢查

　　在系統(tǒng)上電以前，應(yīng)首先檢查CAN收發(fā)器的一個(gè)或者多個(gè)電源。根據(jù)所使用的收發(fā)器類型，VCC應(yīng)為3.3V或者5V。不管您相不相信，在一些情況下，丟失VCC確實(shí)為問題的根本原因。因此，我們應(yīng)確保VCC存在于收發(fā)器的VCC引腳上。只需檢查DMM，便可確認(rèn)有電源存在。必須注意電源短路接地（不幸的是，該引腳就在VCC引腳的旁邊）。

　　顯性狀態(tài)（60Ω總線負(fù)載時(shí)約為60mA）和隱性狀態(tài)（10mA）之間所需電流（ICC）差約為50mA。顯性總線狀態(tài)期間端接電阻差分電壓的產(chǎn)生需要這50mA的電流差，并且其隨總線負(fù)載變化而變化。DMM還可用在電流模式下，以驗(yàn)證預(yù)計(jì)ICC電源電流。由于CAN的開關(guān)性質(zhì)，DMM測(cè)得的電流偽平均讀取值。

　　建議本地旁路電容器至少應(yīng)為4.7μF，以確?？偩€狀態(tài)轉(zhuǎn)換期間有足夠的電源緩沖。否則，收發(fā)器的突入電流可能會(huì)引起明顯的電壓電源紋波。我們可以使用一個(gè)示波器來驗(yàn)證電源電壓是穩(wěn)定，還是隨著總線狀態(tài)變化而變化。轉(zhuǎn)換期間，最好不要讓收發(fā)器“饑餓”。收發(fā)器受到其限流的保護(hù)，但是，當(dāng)收發(fā)器試圖驅(qū)動(dòng)總線至顯性狀態(tài)時(shí)，如果其中一條總線短路至電源或者接地，則電源電流極高。如果電壓調(diào)節(jié)器無法提供這么多的電流，則電壓電平降至收發(fā)器規(guī)格范圍以下，甚至可能會(huì)低至觸發(fā)收發(fā)器的欠壓鎖定狀態(tài)。

　　CAN物理層基礎(chǔ)知識(shí)

　　一旦完成所有基礎(chǔ)檢查，就可以檢查CAN物理層的核心CAN總線了。收發(fā)器的兩個(gè)關(guān)鍵組件便是接收器和發(fā)射器。發(fā)射器被稱作CAN的驅(qū)動(dòng)器。通過VCC/2共模點(diǎn)（約2.5V）對(duì)CAN物理層偏置，見圖4。

　　圖4：簡(jiǎn)易CAN總線收發(fā)器

　　發(fā)收器將單端數(shù)字邏輯信號(hào)、TXD（或者D）和RXD（或者R）轉(zhuǎn)換為差分CAN總線所要求的電平。當(dāng)總線為顯性時(shí)，在接收節(jié)點(diǎn)，其CAN標(biāo)準(zhǔn)定義的差分電壓（Vdiff（D））大于1.2V，并且處于邏輯低狀態(tài)。當(dāng)總線為隱性時(shí)，在接收節(jié)點(diǎn)，其CAN標(biāo)準(zhǔn)定義的差分電壓（Vdiff（R））為 -120mV≤（Vdiff（R））≤ 12 mV，并且處于邏輯高狀態(tài)。兩種總線狀態(tài)均通過收發(fā)器內(nèi)共模網(wǎng)絡(luò)偏置。圖5顯示了典型的總線層級(jí)。

　　圖5：CAN總線狀態(tài)

　　對(duì)總線進(jìn)行調(diào)試時(shí)，最為有用的工具之一便是示波器。盡管單通道示波器便可看到信號(hào)，但最好還是用雙或者四通道。理想情況下，可同時(shí)看到TXD、RXD、 CANH和CANL，以確保收發(fā)器和總線性能如預(yù)期。進(jìn)行初次調(diào)試時(shí)，只需一個(gè)低帶寬示波器，因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)CAN被限定在1Mbps。（在不遠(yuǎn)的將來，在引入擁有靈活數(shù)據(jù)速率的CAN以后，這種情況將有所改變。）如果該節(jié)點(diǎn)正發(fā)送數(shù)據(jù)比特流，則可在TXD輸入端看到輸入數(shù)據(jù)。差分CAN總線引腳（CANH/CANL）存在傳輸延遲，同時(shí)還存在RXD輸出傳輸延遲。在CAN中，這些延遲均為循環(huán)時(shí)間，或者說循環(huán)延遲。如果該節(jié)點(diǎn)正在接收，則TXD 閑置；但是總線和RXD輸出會(huì)顯示CAN幀。

　　為了演示基礎(chǔ)CAN總線工作情況，圖6顯示了一個(gè)示波器，它擁有兩個(gè)模擬通道和兩個(gè)數(shù)字通道，以及一個(gè)函數(shù)生成器。CAN總線由兩個(gè) SN65HVD255D EVM組成，每個(gè)在總線上的端接電阻均為120Ω。示波器函數(shù)生成器連接至頂部EVM的TXD輸入引腳。圖7中，數(shù)字通道1顯示了CANH信號(hào)（藍(lán)色）；模擬通道2顯示了CANL信號(hào)（黃色）；數(shù)字通道2顯示了RXD信號(hào)（綠色）。盡管該示波器的精確度很低，但這個(gè)簡(jiǎn)單的測(cè)試表明，該CAN物理層的表現(xiàn)在總體上符合我們的預(yù)期。

　　圖6：兩個(gè)EVM的CAN總線調(diào)試

　　圖7：TI CAN EVM信號(hào)

　　圖 8顯示了該示波器和用于調(diào)試TI CAN演示系統(tǒng)的探針裝置。該節(jié)點(diǎn)使用菊形鏈，并使用CANopen D-SUB 9針連接器。一個(gè)總線外接頭連接器位于圖8左上方。利用它，我們可以輕松地連接模擬示波器探針至CAN總線的CANH和CANL引腳以及GND。由于探針過大，無法抓住中間CAN節(jié)點(diǎn)的TXD和RXD IC引腳，因此可通過連接至探針的芯片鉤和一小段電纜，將這些引腳連接至示波器的數(shù)字通道。另一種方法是，給每個(gè)收發(fā)器焊接一小段線，這樣示波器探針便可更容易地連接。

　　圖8：TI CAN演示系統(tǒng)調(diào)試

　　圖 9顯示了示波器獲得的CAN信號(hào)詳細(xì)情況。盡管這些信號(hào)的分辨率和精度均不高，但它們可以幫助確定需要了解CAN節(jié)點(diǎn)工作的那些信息。中間節(jié)點(diǎn)的TXD觸發(fā)了示波器；CANH和CANL信號(hào)差異符合預(yù)期；在CAN構(gòu)架端可清楚地看到高差分電壓的收到確認(rèn)（ACK）位。該高壓為同時(shí)并行產(chǎn)生ACK位的多個(gè) CAN節(jié)點(diǎn)的結(jié)果。輕松找出ACK位的另一個(gè)方法是其存在于RXD信號(hào)中而非TXD信號(hào)中，這意味著它由另一些節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生。

　　圖9：TI CAN演示系統(tǒng)的信號(hào)

　　CAN調(diào)試?yán)?/strong>