RoyalScope分析仪：发现CAN总线波形台阶和信号幅值低的问题

下文将针对边沿台阶的现象做详细介绍：
解释边沿台阶是怎么出现的；
边沿台阶如何消除；
边沿台阶对总线有何影响。
1、边沿台阶的源头
在CAN总线的网络布局中，手牵手直线型拓扑是最理想最常规的布局；但是在实际现场中，经常会出现分支的现象。这里重点提一下，在计算CAN总线长度的时候，分支（从收发器端至总线）长度也要加上。
为此我们做了分支过长的实验，实验中CAN总线中有三个CAN节点，主干线长度为15米，其中一个节点的分支长度为1米，波特率为250k的情况下进行通信。下图为实验的CAN波形图，明显可以看到上升沿和下降沿存在台阶现象，从而引起波特率变化，导致接收节点采样出错（也称位宽错误）。

2、消除边沿台阶
边沿台阶是造成错误波形的罪魁祸首，那么该如何消除边沿台阶的现象呢？下文将从源头以及补救措施上分别介绍一些可靠有效的方法。
1）减少分支长度
在CAN网络布局的根源上解决问题的方式就是减少CAN节点的分支长度，从而降低信号反射，保证位宽的稳定性。在上述实验中，其它条件不变，只将分支长度减少为20cm；下图为CAN波形图，此时并没有看到边沿台阶的出现。由此可见，减少分支长度是消除边沿台阶的最直接方式。

2）长分支上加适当电阻
在网络布局无法改变，分支引起的信号反射必须存在的情况下。最实用的方法就是在长分支末端加上电阻，消除信号反射。同样的在上述实验中，在分支节点处加上一个200Ω的电阻，其它条件不变进行通信实验。下图为实验的CAN波形图，此时可以看到边沿台阶已被消减，但是加了电阻之后差分电压变小，注意差分电压不得小于0.9V。这里值得一提的是：阻值大于500Ω的电阻吸收反射的能力很弱，所以在末端挂电阻的时候应小于500Ω。

3）缩短残端
前面提到分支长度指的是从节点收发器至总线处的距离，在节点设计之初，应选择TTL远传方式，因为TTL电平不受CAN电容影响，所以收发器应靠近接口摆放，以减少分支残段的长度，建议控制在10cm以内，可以保证阻抗连续。
TTL远传最直接的方式就是将CAN收发器紧挨着CAN主干线放置，这样就没有分支长度。光缆星型拓扑结构便是使用这种方式，如下图；CAN光纤收发器内置在盒子里面，使用TTL电平远传到另一个CAN光纤收发器，解决了节点随意变化问题（节点任意上下电或插拔）。

4）消除负载集中
在布局较复杂的CAN网络中，为了避免节点摆放集中导致反射叠加，建议相邻节点的距离不得小于2cm，10m的电缆上所集中的设备最好不要超过4个，否则应加电容以吸收，并且此集中与下一个集中至少有10m的电缆距离。
同样，在复杂网络布局中，分支过长且不等的网络，由于阻抗匹配困难，常使用中继器进行分支；中继器有独立的控制器和MCU，将每段形成独立的直线拓扑。

5）屏蔽层分段接地
屏蔽层多点接地需要注意接地点电位，避免地回流影响信号质量。若屏蔽层太长可以采用分段屏蔽，单点接地方法，就可以有效避免地回流的问题。

五、解决幅值低的问题

CAN 总线上面的信号幅值是接收节点能正确识别逻辑信号的保证。一般来说差分电平（CANH-CANL）的幅值只有大于0.9V 才能被100%识别成显性电平，同理如果幅值低于0.9V 就有被识别出隐形电平的可能。
下表中的0.5V~0.9V 是不确定区域，这个根据不同收发器而异，与温度也有关系。所以检查通讯中幅值最小的那个（那些）节点，是我们的进行问题排查的重要步骤。因为如果幅值过低容易导致时通时断等现象。

为了保证通讯质量。考虑在温度变化、干扰等因素，我们通常要求现场调试CAN 的差分幅值通常都要求在1.3V 以上。所以我们可以通过RoyalScope的眼图分析找出幅值最小的亮线，保证在调整后，它处于1.3V 以上。

为了提高幅值，我们有以下几种办法：
1、使用线径更大的线缆，减小导线阻抗，需要强调的是CAN 通讯禁止使用网线和电话线，因为其阻抗极大，100 米就相当于1000 米的标准距离；
2、调整终端电阻值，提高幅值。这个是1.5m㎡线缆的匹配值。