CAN通信边沿缓慢导致通信错误原因分析与优化

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9 t- q) S# P8 t6 W, Q8 [) Y8 i以下通过一个实际案例对边沿缓慢现象的成因进行分析，并提供有效的排查与优化建议。
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7 w! E' l' P8 Y7 c# R0 T现场测试数据分析
/ }5 d( J( ]# o) @& X4 ?图 1展示了通过ZPS-CANFD采集的现场CAN网络报文和波形数据。
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! `: j% ]' p- n! i6 n) t  m从报文数据可以看出，所有的帧均为错误帧，说明CAN网络出现了通信错误。

3 ?; }% j6 H# W+ w( ]结合波形数据观察，发现CAN差分信号的波形边沿十分缓慢，呈现出类似镰刀形状。

这种缓慢的边沿形态，会影响CAN通信中显隐性电平的识别，进而导致通信错误的发生。

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. s( _) k& t2 G  [6 x2 N图1：差分波形边沿缓慢现象

/ W' B* O. Y( Y通过对该波形的分析，发现边沿的上升和下降时间都较长，且波形中不再呈现理想的快速上升和下降。
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" j, b# a) V- t0 @% Z: d边沿时间测量
通过ZPS的【总线边沿测量】功能，测量了该CAN差分波形的上升和下降时间。
. w, z: d/ ?" B0 [% P6 @0 ]- M
; J: q& H( i* w2 u结果显示：
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上升时间约为300ns

下降时间约为600ns

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图2：差分波形边沿时间测量结果
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原因排查
边沿缓慢的现象，通常与CAN总线差分电平的充放电过程密切相关。
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我们知道，当CAN总线电平从低变高（上升沿）时，收发器的Q1、Q2导通，电容开始充电；当电平从高变低（下降沿）时，Q1、Q2断开，电容通过终端电阻放电。

. B! G: L& L# d由于电容的充放电需要一定的时间，电容值越大，充放电所需时间（即时间常数τ）越长，导致波形的上升和下降时间增加。
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根据电容充放电的时间常数公式：

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+ E1 _6 Z+ k4 L# l1 W
' l0 z  U+ U7 W/ k当电阻值（R）固定时，电容（C）越大，时间常数τ值就越大，进而导致边沿缓慢的现象。

( d, z7 g; u0 T& ]$ V2 w) @4 {通过对现场CAN网络节点电路的检查，发现收发器外围电路中存在TVS管、气体放电管等保护器件。
/ D2 E3 }2 i+ I, ?* r
  ]; h! f" `& \( h这些器件的结电容会影响总线的信号传输，尤其是当选用结电容较大的TVS管时（如电容值在几百到上千皮法范围内），会导致总线的电容增加，进而在高速通信时产生边沿缓慢的波形。

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2 X9 _2 U# ^( m- p5 q9 ]0 d图3：CAN总线充放电示意图

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0 O; E; m6 g5 Q% V, T/ E/ W图4：CAN节点电路
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6 p2 H9 b4 k" B优化措施与效果
8 M. l0 }$ s7 E9 e! T8 |7 j针对上述问题，优化措施是将CAN节点收发器外围电路中的TVS管去除。
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5 g) g5 E, P: l( `- q去除TVS管后，再次进行现场数据采集，观察到波形和边沿时间有了显著改善。

具体表现为：

CAN差分信号的上升时间从原来的300ns减少到30ns左右

CAN差分信号的下降时间从原来的600ns减少到40ns左右

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7 d2 w  s  |8 j图5：优化后的CAN差分波形

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! v" R: Z8 c2 ]0 R; z( ^图6：优化后CAN差分波形边沿时间测量结果

通过去除结电容较大的保护器件，CAN网络的边沿缓慢现象得到了有效的改善，通信稳定性也得到了显著提升。
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6 W: s, w, B* A) B$ bCAN网络边沿缓慢原因排查建议
% k+ Q6 P8 Y5 M6 P1 V9 j, M6 Q当CAN网络出现边沿过于缓慢的现象时，可以从以下几个方向进行排查和优化：
2 H2 x# B; v& m$ K# v$ X! G, ^2 Q

检查CAN节点电路中的保护器件：确认是否存在等效电容较大的保护器件（如TVS管、气体放电管等）。选用结电容较小的保护器件，以减少对总线信号的影响。

检查节点电路中的电容：检查CAN节点电路是否存在过大的对地电容（如CAN对地电容、CANL对地、CANH对CANL的电容）。过大的电容会显著降低信号的边沿速度，影响通信的正常进行。

检查通信线缆的寄生电容：确保通信线缆的选择合理，避免选用寄生电容过大的线缆。电缆的长度和类型也会影响信号的传输质量。

优化总线布局：在设计CAN总线时，尽量避免长距离的连接，保持合理的总线长度和节点间距，以减少寄生电容的影响。

/ d+ F- L7 {! B通过上述排查和优化措施，可以有效避免因边沿缓慢引起的CAN通信错误，确保系统的稳定性和可靠性。

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