优化CAN节点位时序以适应数字隔离器传播延迟

控制器局域网(CAN)由ISO 11898标准定义，广泛用于工业和汽车应用中。 CAN协议（比如DeviceNet或CANOpen）依赖内置的错误检查和差分信号采样。 电流隔离可进一步增强鲁棒性，能够抗高压瞬变，但会增加传播延迟。 CAN节点经过优化配置，哪怕存在隔离时也具有最大数据速率和传送距离。 为什么传播延迟很重要 传播延迟会影响节点间的并发传输和仲裁。 冲裁依赖于CAN信号发送；逻辑0表示“主动”（总线间的差分电压），逻辑1表示“被动”（全部输出为高阻抗），意味着主动位将覆盖被动位。 发射时，所有节点监控总线；而发射被动位时则停止，从而允许另一个节点赢得仲裁（图1中的节点A）。

图1. 两个节点间的仲裁
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传播延迟不可过大，否则可能在其他节点传播主动状态之前会监控总线状态。 对于图2中的节点A和节点B，往返时间很关键；该时间等于TPropAB加TPropBA，或者等于通过电缆和收发器延迟时间的两倍，包括隔离（如有）。 相比光耦合器，数字隔离器可降低传播延迟，但系统允许的总传播延迟是固定的，因此加入隔离可能会降低最大电缆距离。

图2. 带传播延迟的仲裁
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【分页导航】 《电子技术设计》网站版权所有，谢绝转载 {pagination} 传播延迟补偿 若要补偿隔离引起的传播延迟，可调节特定的CAN控制器参数。 首先为CAN控制器时钟设置波特率预分频器(BRP)值，该值定义划分位时间的“时间量子”(TQ)。 它们适用于3或4段，如图3所示；一个用来同步，另外数个用于传播延迟(PROP)以及相位段1和2（PS1和PS2）。 PS2和总TQ表示采样点位置。 第一步： 匹配时钟、预分频器和数据速率 对于给定的数据速率来说，第一步是检查如何组合时钟和BRP，才能让TQ等于整数。 1 Mbps示例如表1所示。该例采用ADI ADSP-BF548 Blackfin微处理器，内置CAN控制器。 采用典型系统时钟(fsclk)值，TQ整数值以粗体显示（用于1 Mbps的有效时钟/BRP组合）。

表1. 用于1 Mbps的时钟和BRP组合
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第二步： 位段配置 下一步是定义位段，并将采样点设得尽可能晚。 对于表1中的每一个有效选项，SYNC段必须允许有一个TQ，并且TSEG2 (PS2)段必须适应CAN控制器处理时间（只要BRP大于4，BF548就要低于1 TQ）。 TSEG1 (PROP + PS1)为16 TQ（最大值）。

图3. 1 Mbps时最大传播延迟的可能BF548位段
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【分页导航】 《电子技术设计》网站版权所有，谢绝转载 {pagination} 第三步： 计算总线长度 图3显示1 Mbps的尽可能最新采样点时，ADSP-BF548的可能配置。 除5 TQ总和外的所有配置均为至少85%采样点，但10 TQ时可达最佳值，此时要求fsclk = 50 MHz且BRP = 5。 最后一步是确定最优配置下的最大传播延迟，并决定所选CAN收发器/隔离的可能电缆长度。 对于图4中处理器的最佳配置，可能的最大传播延迟为900 ns。

图4. 采用ADM3053的隔离式CAN节点，集成isoPower
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图1中的ADI ADM3053集成CAN收发器、数字隔离器和隔离式电源。 250 ns环路延迟包括隔离器延迟（两个节点为500 ns）。 假定电缆传播延迟为5 ns/m，这意味着采用BF548，则总线长度可达40 m（根据ISO 11898标准的1 Mbps最大值）。 结论 隔离可增加鲁棒性，但同时也会增加发送和接收两个方向的传播延迟，并且仲裁时针对两个节点而加倍。 为了补偿延迟，可针对可能的最大传播延迟配置CAN控制器。这样，就有可能实现所需的数据速率和总线长度，哪怕是隔离节点的情况下。 作者简介 Conal Watterson博士是ADI公司接口与iCoupler数字隔离器部的高级应用工程师，工作地点在爱尔兰利默里克。 他于2003年获得爱尔兰利默里克大学(UL)计算机工程学士学位，并于2005年获得工程硕士学位，在UL的自动化研究中心(ARC)从事现场总线诊断研究。 他于2010年获得UL博士学位，并在电路与系统研究中心(CSRC)和电信价值链研究中心(CTVR)从事嵌入式软件监控和可靠性研究工作。 【分页导航】 《电子技术设计》网站版权所有，谢绝转载