CAN总线“镰刀波形”异常原因剖析及优化解决方案

电子设计联盟

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异常波形分析
' r+ j- ^- e6 G. k: s技术团队通过 CAN 分析仪抓取第 31 个节点的总线波形，发现其边沿过缓，且呈现明显的“镰刀”状。

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经过分析，总线波形出现此类异常的主要原因是 总线上存在较大的等效电容，导致信号的充放电时间过长。
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( I$ `1 h" V5 a7 x电容效应与波形异常的理论基础
- c, w& i1 F$ d+ F. N8 R根据充放电时间公式 t=RCt = RCt=RC：

RRR：等效电阻，包括 收发器内阻和 终端电阻。

CCC：等效电容，包括引脚对地电容（Cj1）和总线间电容（Cj2）。
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当总线电平从高变低时，电容上的电压需通过内阻 RRR 和终端电阻释放。若 等效电容过大，放电时间增大，导致波形边沿变缓。

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; ^( v3 \: n, v/ J总线接口电路检查与优化
通过检查客户使用的 CAN 接口保护电路。

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' u1 r3 T9 }/ A/ M/ b! _+ {发现：电路中采用了 TVS 管和 气体放电管作为保护器件。TVS 管的结电容较大，通常在数百到上千皮法，多个节点组网时，结电容叠加会显著影响总线性能。
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: [3 n. B; f2 d: x! E实验验证与优化过程
去除部分 TVS 管后（保留部分保护器件）
* K% H6 q' a7 }/ B波形边沿迟缓程度有所改善，但仍呈“镰刀”状。

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9 d8 v3 P/ p" }9 v1 x$ @; T* s完全去除 TVS 管后
波形恢复正常，“镰刀”状消失，且丢帧问题解决。

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对比去掉 TVS 管前后的波形：
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优化前：边沿时间约 1.3 μs。

优化后：边沿时间减小至 160 ns，通讯性能显著提升。

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; W" e+ V6 J5 n3 T" H! \结论与建议
6 Z$ t+ E( E; e4 J2 I* R  x7 W异常波形的核心原因：

总线等效电容过大是“镰刀”波形的主因。

保护电路中使用的大结电容器件（如 TVS 管）可能导致总线性能下降，需权衡其保护效果与通讯效率。
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  P5 O% d7 U# f, H  }- k优化方向：

优选低结电容的保护器件。

组网设计时，尽量减少无必要的并联电容。

在调试时通过波形分析仪定位问题节点，并适时调整终端匹配电阻值或减少节点数。
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建议的实践措施：
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对关键节点进行波形测试，确保边沿时间满足协议要求。

在节点数较多的情况下，适当降低通讯速率或优化拓扑结构（如采用分支网络）。
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+ Q5 Y( Y2 c. `; A此案例充分说明，总线通讯的可靠性不仅依赖于设计阶段的参数选型，更需要在现场调试中结合波形分析工具优化组网细节，为工业场景的高效运行提供保障。

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