差动传递技术提高动力CAN总线信号抗干扰能力的研究

发布时间：2022-10-24 16:45:02 浏览数：次

摘要： CAN总线的迅速发展和诸多优势，使得它在汽车中的应用逐渐普及。但是在汽车内部中，尤其是动力系统中，由于电控部件的作用，会对CAN数据传输过程中受到多方面的电磁干扰，为提高CAN总线的抗干扰能力，差动传递技术则发挥出它的特殊作用。

关键词： CAN总线；差动传递技术；抗干扰能力

中图分类号：TP202 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2012）0310091－01

CAN总线凭借着诸多的优点，已被全球各大汽车公司所应用。动力系统、舒适系统、安全系统、信息系统几乎都是采用CAN数据总线。尤其在动力系统中CAN总线起着重要的作用，其结构多采用双线式数据总线，分别称为CAN-High和CAN-Low，各控制单元通过这两条线来进行数据交换。正常工作时其传输速度可达500bit/s，所以也被称为高速CAN总线。但是由于动力CAN数据总线需要布置在发动机仓内，各电控部件都会对它产生干扰，比如对地短路、蓄电池电压、点火装置的火花放电和静态放电等。因此在实际工作中，如何提高CAN数据总线的抗电磁干扰的特性，则成为保证车载网络系统通信可靠性的一个重要因素了。

为了提高CAN总线的抗电磁干扰能力，许多汽车制造商将差动传递技术应用到了CAN总线的数据传输中。这种差动传递技术将CAN-High和CAN-Low信号经过差动放大器处理，最大限度地消除了干扰的影响，同时还能避免车上的供电电压的波动影响，并且不会影响各个电控单元的数据传递可靠性。下面以一些典型的汽车车系为例，分析差动技术对动力CAN总线抗干扰能力的改变。

动力CAN系统在静止状态时，CAN的两条数据导线上作用有相同的预设值，称为静电平，也称为隐形状态，其数值大约为2.5V。在显性状态时，两条数据线的电压值会有所改变，CAN-High线上的电压值会上升至少1V，而CAN-Low线上的电压则会降低至少1V。于是CAN-High线处于激活状态，其电压不低于3.5V（2.5V+1V=3.5V），而CAN-Low线上的电压值最多可降至1.5V（2.5V-1V=1.5V）。因此隐形状态时，两条线的压差为0V，而现行状态时两条线的压差为2V。如图1（a）所示。

在控制单元通过收发器内部安装一个差动信号放大器，在接收中差动放大器用于处理CAN-High和CAN-Low线上的信号，同时还将转换后的信号传送到各控制单元的CAN接收区。在这个过程中差动放大器用CAN-High上的电压减去CAN-Low上的电压，然后将差值输出，如图1（b）所示。

理论上讲，CAN-High和CAN-Low线是扭绞在一起的，所以当干扰信号对这两条数据线作用的时候，两条数据线会具有相同规律的干扰现象。由该结论可以判断，在CAN系统中采用差动放大器处理CAN-High和CAN-Low线中信号，当数据传输过程中有外界干扰信号X干扰时，两条线的电压变化应该相似，如图2（a）所示。

由于差动信号放大器总是用CAN-High线上的电压（3.5V-X）减去CAN-Low线上的电压（1.5V-X），因此在经过差动处理后，信号则变成了（3.5V

-X）-（1.5V-X）=2V，如图2（b）所示。由于CAN-High线上的电压减去CAN-Low线上的电压，所以在两条线中由X干扰信号对原信号的干扰成分也通过电压求差而消除掉了，因此差动信号中就不再有干扰脉冲了。

通过以上分析可得结论：差动传递技术在通过对CAN-High和CAN-Low线中的信号进行差动处理，即接收CAN-High和CAN-Low线上的电压差信号，使得原本在信号中存在干扰脉冲被相互抵消掉了，从而大幅度的提高了动力CAN数据总线抵抗电磁干扰的能力。

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