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

nkjk4yiids26404092617.gif

点击上方蓝色字体，关注我们

: v( t; u8 }1 q- \2 g. P. ~1
7 @/ w1 o  U5 q7 M0 G8 l异常波形分析
/ T. u' [6 h4 {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。

vd5sk3qdyte6404092722.png

/ l: g2 I3 w) N$ J: \$ b

hzlac3kjnzn6404092842.png

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。
2
电容效应与波形异常的理论基础
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）。

0 M0 E% f5 d2 X; ^1 m+ x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。
2 V; c4 s: S- u1 I, o/ F
8 G2 Q) R. r4 G7 C8 p7 w

5s2qq3scb406404092952.png

3
3 d$ l) u7 I9 F: A7 e; ?: J+ q" {2 G: x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。
: y/ N4 h& J8 s, T2 r  S* F
2 j, [4 s. z* p8 c) V$ q; k

l2gm3jz2q2n6404093059.png

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。
4
实验验证与优化过程
- w! a# C: r/ F7 X# [% [5 c去除部分 TVS 管后（保留部分保护器件）
波形边沿迟缓程度有所改善，但仍呈“镰刀”状。
, r$ m/ Y& T0 C8 Y
  w2 O; ?, B3 b% O% [) Y

y2gzgzwur136404093122.png

7 K6 F* h# P8 r" s$ _$ C) V2 k' \5 k完全去除 TVS 管后
7 H) C0 {% f6 {: u; r0 o' V- \波形恢复正常，“镰刀”状消失，且丢帧问题解决。
; e% |9 C, c/ t5 q' K, X6 y

4zkzcikyuoe6404093247.png

7 H: `+ z3 @% C0 B; S对比去掉 TVS 管前后的波形：
+ Q$ I3 C$ {' k& Z2 a& G

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。
$ h- F$ K  N: a+ G, r: ^$ n

yfjplu2onz56404093310.png

5
结论与建议
异常波形的核心原因：
, m/ {4 r, `  s7 K) X' f( D

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。
6 Z) ~& }2 D0 ~( g: \! v
优化方向：
; `! @% a  l1 r' h

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。

建议的实践措施：

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）。

4 j! F/ a9 A8 j6 \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。
6 E3 W9 E6 Q0 w, Z+ H

czfxkkjr2aa6404093411.jpg

ygigrrdwn0r6404093511.gif

8 f! ?' z* R2 b) h8 a点击阅读原文，更精彩~