详解CAN中继器原理常见的问题和正确的设计方案

描述

　　CAN中继器的主要作用是延长传输距离，改变拓扑结构和隔离干扰，是在can网络中大受欢迎的硬件设备，但因此增加了它的设计成本。许多人在设计CAN中继器时都会犯错，那我们来发现会有哪些常见错误，又如何进行修正呢？

　　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。

　　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

　　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；

　　
图5

　　（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。