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CAN 中继器常犯的错误设计

时间：2017-09-20 15:05来源：ZLG致远电子

摘要：CAN中继器是大型CAN网络中经常用到的设备，它可以延长传输距离，改变拓扑结构和隔离干扰，但也增加了设计成本。有人说，只要2颗CAN收发器芯片就可以实现CAN中继功能。到底行不行呢？

CAN 中继器是大型 CAN 网络中经常用到的设备，它可以延长传输距离，改变拓扑结构和隔离干扰，但也增加了设计成本。有人说，只要2颗 CAN 收发器芯片就可以实现 CAN 中继功能。到底行不行呢？

一、CAN 收发器简介

ISO 11898 是一个使用 CAN 总线协议的汽车内高速通讯国际标准。CAN 收发器是协议中数据链路层和物理层的接口部分。常见的 CAN 收发器芯片有 NXP（原 Philips）的 PCA82C250/251、TJA1050/1051 等型号。由于 PCA82C250 和 TJA1050 总体的引脚和功能都兼容，所以我们下文以 TJA1050 为例。

二、2颗 CAN 收发器芯片的错误方案分析

首先，简单介绍一下 TJA1050。如图1，TJA1050 一共有8个引脚，TXD 为发送数据，RXD 接收数据，VCC 接 5V 电压，GND 接地。CANH 和 CANL 为 CAN 的两路差分输出。8脚为 CAN 总线模式选择，5脚为参考地。

图1

RXD 和 TXD 想必大家都非常熟悉，在 RS-232 协议中,只要把两个设备的 RS-232 的 TXD 和 RXD 交叉连接，GND 共地，两个设备便可以实现通信。于是有人想到，如果把2颗 TJA1050 芯片的 TXD 和 RXD 也交叉连接，是否能实现中继功能呢？

如图2电路，看上去貌似可行，但是实际上此电路是无法使用的。

假如将此电路接入 CAN 总线，当有显性电平从 TJA1050（A）进入时，TJA1050（A）的 RXD=0，同时 TJA1050（B）的 TXD=0，TJA1050（B）的 CAN 输出显性电平。由于芯片的自反馈，TJA1050（B）会读入显性电平将 RXD=0，同时 TJA1050（A）的 TXD=0，如此持续下去。由于 TJA1050 有 TXD 脚的显性保护功能（PAC8250 无此功能），当超过允许最大的 TXD 显性时间之后，CAN 收发器将会被禁能。

图2

三、CAN 中继器正确的设计方案

如图4为 CAN 中继器的硬件框图，主要由 MCU 和 CAN 控制器、CAN 收发器组成。MCU 负责数据的缓存和转发，CAN 控制器将数据转换成 CAN 帧格式，最终通过 CAN 收发器接入 CAN 网络。大多的 MCU 已集成了 CAN 控制器在芯片内，比如 NXP 的 LPC2119 。

图3

CAN 控制器和 CAN 收发器之间通过光耦隔离，CAN 收发器驱动采用带隔离的 DC-DC 模块。这样，不仅实现了两路 CAN 接口之间的电气隔离，也实现了中继器和总线的隔离。虽然这在一定程度上增加了中继器硬件的复杂性和成本，但却是值得的。或者可以用致远电子的 CTM1051KT 为代表的隔离 CAN 收发器，内部包含隔离 DC-DC 、信号隔离电路、CAN 总线收发电路、基础的总线防护等。同传统的设计相比，CTM 系列具备更高的集成度、更高的可靠性和更具竞争力的价格，能够帮助使用者降低整体的设计风险和采购成本。

图4

四、智能 CAN 网桥中继器

ZLG 致远电子 CAN 隔离网桥中继器集线器系列，具有2个或者4个电气隔离的 CAN 总线接口，能实现 CAN-bus 网络的中继功能，能将不同速率的 CAN 网络之间的数据存储转发。主要应用如下：

（1）使用该系列产品可达到增加负载节点和延长通信距离的作用，实现网络中继扩容的功能；

（2）可独立任意配置每个通道的通讯波特率，实现不同通信波特率的 CAN 网络互联；

（3）该系列产品具有强大的 ID 过滤转换和数据转换功能，精确的验收 ID 配置使 CAN 总线的负荷降到最低。或者变化特定的 ID 和数据，实现去除干扰数据和区别不同设备的目标；

（4）具有强大的抗干扰能力，当用户的设备 CAN 受到强干扰导致死机或者损坏，接上该系列产品后，可以隔离干扰保护设备正常运行。