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如何接好 CAN 的“地”

时间：2017-11-02 09:51来源：ZLG致远电子

摘要：工业现场CAN环境复杂多变，工程师面对信号的杂、乱、差却是束手无策，追根溯源对于信号的各种地你接对了吗？

工业现场 CAN 环境复杂多变，工程师面对信号的杂、乱、差却是束手无策，追根溯源对于信号的各种地你接对了吗？

CAN 总线以其高可靠性、实时性、灵活性以及严谨的数据处理机制等特点，在工业现场和汽车行业得到广泛应用，但随着环境干扰以及节点数目的增加等对 CAN 总线的稳定性提出更高的要求，而面对电源地、信号地、屏蔽地、外壳地不同的接地方式又该如何处理呢？

如图1分别是电源地、信号地、屏蔽地以及大地四种不同地的常见符号。

图1 四种接地符号

Ø 电源地概念：
电源地也为供电地，是为保证供电电源形成完整的电流回路设置的供电地，即 GND。

Ø 电源地处理：
与单电源供电的负极相连。

图2 CAN 收发器电源地（GND）接线

Ø 信号地概念：
信号地也称为隔离地，为使电子设备工作时有一个统一的参考电位，避免有害电磁场的干扰，使设备稳定可靠的工作，设备中的信号电路统一参考地，即 CAN-GND；

Ø 信号地处理：
许多实际应用中，设计者常直接将每个节点的参考地接于本地的大地，作为信号的返回地，看似正常可靠的做法，却存在极大的隐患！

信号地（CAN-GND）正确的接法主要分为两种：
单屏蔽层线缆：如果线缆是单屏蔽层，信号地理想接法是使用专门的信号线将所有节点信号地连接，起到参考地的作用。但如果缺少信号地线，亦可将所有节点信号地都连接到屏蔽层，但这样屏蔽效果亦差强人意。

图 3 带有屏蔽层双绞线

图 4 含信号地线双绞线连接方式

图 5 信号地与屏蔽层连接方式

双屏蔽层线缆：当使用双层屏蔽电缆时，需要将所有节点信号地连接到内屏蔽层，若使用非屏蔽线进行数据传输时，请保持信号地管脚悬空处理。

图 6 双屏蔽层信号地处理方式

所有节点信号地接到屏蔽层或者双屏蔽层的内层后，屏蔽层处理方式注意为单点接地，不可多点接地，否则会在信号地线上形成地环流。

另外，单点接地时为了加大供电地和信号地之间的隔离电阻，阻止共地阻抗电路耦合产生的电磁干扰，注意采用隔离浮地设计，通过阻容方式将屏蔽层与外壳隔离。

图 7 未进行单点接地处理的报文受到电磁干扰

Ø 屏蔽地概念：
屏蔽地（CAN-Shield）也可理解为 CAN 屏蔽层，部分场合也标为 FG。导体外部有导体包裹的导线叫屏蔽线，包裹的导体叫屏蔽层，一般为编织铜网或铜泊（铝），屏蔽层需要接地处理，保证外来的干扰信号可被该层导入大地。

图8 单屏蔽层和双屏蔽层电缆剖析

Ø 屏蔽地处理：
当使用双层屏蔽电缆时，CAN-Shield 连接到外屏蔽层和 DB9 连接器的屏蔽壳。并且，使用 DB9 针式连接器时外屏蔽层会被连接到 pin 5 以保证当使用没有屏蔽连接的连接器时，可靠的接地。
多节点总线同样要求屏蔽地采用单点接地，防止形成回路，并且为浮地设计。

如下图9所示处理方式，CTM1051 模块3脚为屏蔽地，5脚为信号地。

图9 双屏蔽层线中信号地、屏蔽地处理方式

Ø 外壳地概念：
静电的电荷集聚在物体的表面，一旦遇到可以释放的回路就可以形成电流。有时候产生的电压非常高，特别是在干燥的环境里。电子产品的外壳地就是用来快速地将电荷释放到大地。

Ø 外壳地处理：
外壳接地既是对人体安全的保护，也是防干扰的一种手段，因为一般情况下机壳是金属的，是非常好的屏蔽体，绝大部分辐射干扰都可以阻挡在机壳之外。通过地线引入的干扰（也叫共阻抗干扰），处理方法一般采用地线隔离技术，在外壳接地时接入阻抗，加入滤波等。

图10 信号地、屏蔽地、外壳接地连接推荐电路

Ø 改进方案建议
如果您在使用 CAN 总线进行调试时，遇到过偶尔通信出错，或者接收不到数据，再者一直正常使用的总线，突然出现大范围的错误，或者节点损坏。

如果您还是在使用单纯的 CAN 收发器，那么请换成隔离 CAN 收发器吧！致远的 CTM 隔离模块内部包含隔离 DC-DC、信号隔离电路、CAN 总线收发电路、基础的总线防护等。

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