【導讀】具有靈活數據速率的控製器局域網(CAN FD)支持更高帶寬通信，從而滿足工業自動化、HVAC、農業和醫療健康領域的多節點網絡應用需求。圖1所示的電路通過與現有串行外設接口(SPI)總線連接，能夠在Arduino Uno型平台上實現高達8 Mbps的CAN FD總線連接數據速率。

評估和設計支持

電路評估板

CN-0401電路評估板(EVAL-ADM3055E-ARDZ)

超低功耗Arduino尺寸開發板(EVAL-ADICUP3029)

設計和集成文件

原理圖

、布局文件
、物料清單與軟件

電路功能與優勢

具有靈活數據速率的控製器局域網(CAN FD)支持更高帶寬通信，從而滿足工業自動化、HVAC
、農業和醫療健康領域的多節點網絡應用需求。圖1所示的電路通過與現有串行外設接口(SPI)總線連接，能夠在Arduino Uno型平台上實現高達8 Mbps的CAN FD總線連接數據速率。

CAN FD收發器具有集成信號和電源增強隔離功能。集成隔離式DC-DC轉換器從邏輯端獲取電源，為總線端隔離通道和收發器供電，因此CAN FD總線不需要外部電源。

隔離型收發器具有出色的EMC穩健性。±25 V的擴展共模範圍超過ISO11898-2:2016的要求，且對接收CAN幀時產生的局部接地電位差具有較高耐受能力。集成ESD保護功能在CANH和CANL總線引腳上提供IEC 61000-4-2 ESD保護。差分總線引腳可承受24 V係統的接線錯誤和短路
，並在CANH和CANL引腳上提供±40 V故障保護。

CAN總線可連接兩個或數百個節點。根據應用要求，可使用不同類型的電纜進行連接。電纜可以是Cat5e電纜等較低成本的非屏蔽雙絞線，也可以是PROFIBUS電纜等更高質量的屏蔽電纜。對於任何類型的電纜


，理想的CAN總線以菊花鏈模式連接各節點，並在兩端提供端接。可通過螺絲端子或CAN CiA 303-1插頭9引腳sub-D端口與總線進行連接。

為實現總線末端端接，電路中使用集成輔助隔離數字通道對總線端接進行運行時配置。可切換端接電路在CAN總線線路之間連接120Ω帶共模濾波電容的分離式端接。可切換端接允許在改變CAN總線時，對端接位置進行軟件配置。使用可切換端接
，隻需修改軟件，每個板即可用於信號路徑上的任何節點。

此外，可通過軟件在運行時對電路進行配置
，從而進入較低功耗待機模式。在該狀態下，隻有從遠程節點接收到ISO11898-2:2016定義的遠程喚醒序列後

，隔離式CAN FD收發器才會做出響應。

圖1.EVAL-ADM3055E-ARDZ的簡化原理圖

電路描述

CAN FD協議

CAN是一種強大的通信網絡，無需在單個微控製器之間進行點對點布線。 

每個節點都連接在一根雙絞線上
，而不是連接必須相互共享信息的每個點（或CAN術語中的節點）。這種配置降低了布線成本和複雜性。與很多其他協議不同，CAN是多主機協議
，節點的物理位置並不能決定哪個節點在CAN總線上優先。在SPI、I2C或RS-485中，由一個節點負責控製和服務網絡，而在CAN總線上則不存在這種主從關係。相反
，由消息ID或消息編程重要性決定了控製總線的節點的優先級。單個節點可發送消息或各種優先級。AN-1123應用筆記《控製器局域網(CAN)實施指南》提供了有關這方麵的更多詳細信息。

兼容CAN FD的控製器向後兼容傳統CAN，並可接納傳統CAN框架。在同一網絡上，可以讓一組節點與傳統CAN通信
，而其他節點與CAN FD通信。不過
，在添加CAN FD節點時
，必須考慮現有CAN控製器的陳舊年份。原有的傳統CAN控製器可能會將CAN FD幀的仲裁階段識別為錯誤，並產生一個覆蓋CAN FD幀的錯誤幀。這樣的控製器會導致CAN FD通信無法進行。這些控製器需要更換，或限製未來節點使用傳統CAN。該電路中的控製器MCP2518FD可在傳統CAN或CAN FD模式下運行。在傳統CAN模式下工作時，它可以接納CAN FD幀。

快速環路延遲和高速數據速率

CAN的一個顯著特點是每個CAN幀zhen開kai始shi時shi都dou有you仲zhong裁cai階jie段duan。節jie點dian之zhi間jian相xiang互hu仲zhong裁cai
，通tong過guo各ge自zi傳chuan輸shu一yi串chuan顯xian性xing和he隱yin性xing位wei元yuan，來lai確que定ding消xiao息xi傳chuan輸shu優you先xian級ji。每mei個ge位wei元yuan在zai整zheng個ge網wang絡luo中zhong傳chuan輸shu都dou需xu要yao一yi定ding的de時shi間jian，每mei個ge參can與yu仲zhong裁cai的de節jie點dian都dou必bi須xu有you足zu夠gou的de時shi間jian做zuo出chu響xiang應ying。這zhe意yi味wei著zhe在zai仲zhong裁cai階jie段duan，最zui大da數shu據ju傳chuan輸shu速su率lv受shou限xian於yu網wang絡luo上shang任ren意yi兩liang個geCAN控製器之間最長的總信號傳輸時間。

如圖2所示，信號路徑從節點A CAN控製器開始傳輸時開始。信號首先通過節點A發送器，然後在電纜上傳輸，再通過最遠節點的接收器，最後到達最遠的CAN控製器。在仲裁階段，接收節點可能也在發送信號，因此還必須考慮從節點B到節點A的信號傳輸延遲。這種傳輸延遲的最壞情況決定仲裁階段的絕對最大數據傳輸速率。

圖2.CAN總線的總傳輸延遲

總(zong)線(xian)線(xian)路(lu)的(de)傳(chuan)輸(shu)延(yan)遲(chi)隨(sui)電(dian)纜(lan)長(chang)度(du)和(he)結(jie)構(gou)而(er)增(zeng)加(jia)。電(dian)纜(lan)長(chang)度(du)通(tong)常(chang)由(you)節(jie)點(dian)所(suo)在(zai)的(de)物(wu)理(li)位(wei)置(zhi)決(jue)定(ding)
，因(yin)此(ci)這(zhe)部(bu)分(fen)信(xin)號(hao)傳(chuan)輸(shu)延(yan)遲(chi)基(ji)本(ben)上(shang)是(shi)固(gu)定(ding)的(de)。通(tong)過(guo)收(shou)發(fa)器(qi)接(jie)收(shou)和(he)發(fa)送(song)電(dian)路(lu)的(de)傳(chuan)輸(shu)延(yan)遲(chi)稱(cheng)為(wei)環(huan)路(lu)延(yan)遲(chi)。ADM3055E的最大環路延遲僅為150 ns，處於行業先進水平，這使得網絡設計人員可以減少用於收發器的比特時間。這些節省的時間可轉化為更高的仲裁數據速率、更長的總線電纜或更長的總線信號建立時間，從而在任何仲裁數據速率下提高通信穩健性。有關總傳輸延遲和優化CAN網絡的更多詳情，請參閱《模擬對話》文章《配置控製器局域網絡(CAN)位時序，優化係統性能》。

相比之下
，CAN FDzhenshujujieduandezuidashujusulvbingbushiyouchuanshuyanchijuedingde，ershiyouwangluoxinhaozhiliangjuedingde。zukangshipeihedianlanfenzhizaochengdefansheshixianzhiduojiedianwangluoshujuchuanshusulvdeyinsuzhiyi。suizheCAN FD多節點網絡投入使用，大多數通常都會保守地選擇2 Mbps的數據傳輸速率。ADM3055E信號和電源隔離收發器的數據傳輸速率可高達12 Mbps，支持點對點連接的快速數據傳輸，並使多節點網絡適應未來更快的數據傳輸速率要求。

待機模式和遠程喚醒

CAN FD控製器和隔離型CAN FD收發器可通過SPI總線由開發平台發出的命令，設置為待機模式。CAN FD控製器會將自身和隔離型CAN FD收發器設置為待機模式。在待機模式下，收發器的發送功能會禁用，其輸出將設置為高阻抗狀態。

收發器隻能由本地CAN FD控製器退出待機模式
，但收發器會響應其他節點發出的遠程喚醒呼叫。ISO11898-2:2016和ADM3055Eshujushoucezhongdingyileyuanchenghuanxingmoshi。gaimoshikeyizaiwushujuzhendezhongcaiziduanzhongfasong，yekeyizaishujuziduanzhongfasong。tabixumanzushoufaqideshixuyaoqiu。dangjieshoudaoyuanchenghuanxingmoshishi
，ADM3055E收發器的RXD引腳會切換
，以響應CAN FD總線上的低速數據。

RXD引腳上的狀態變化用於觸發CAN FD控製器的中斷。當ADM3055Ejieshoudaoyuanchenghuanxingmoshishi
，tabuhuituichudaijimoshi。ranhou，youkaifashezhijuedingshifouxiangyinghuoqiehuanshoufaqidedaijiyinjiao
，yitingzhijieshoudisushujubingfanhuidaijimoshi，zhidaozaicijieshoudaoyuanchenghuanxingmoshi。zaidaijimoshixia，shoufaqidegelifuzhutongdaohuisuodingzaizuihouyigezhuangtai
，qijichengdeisoPower®隔離直流-直流轉換器繼續工作，為總線側電路供電。

隔離

惡劣的環境
、長chang時shi間jian的de物wu理li分fen隔ge
，以yi及ji節jie點dian之zhi間jian不bu同tong的de電dian源yuan都dou會hui導dao致zhi局ju部bu接jie地di電dian位wei不bu同tong
，並bing且qie是shi經jing常chang如ru此ci。不bu同tong的de局ju部bu接jie地di電dian位wei會hui導dao致zhi電dian流liu流liu經jing地di線xian，從cong而er引yin起qi共gong模mo偏pian移yi和he噪zao聲sheng。隔ge離li物wu理li總zong線xian線xian路lu可ke斷duan開kai接jie地di環huan路lu，並bing消xiao除chu這zhe些xie問wen題ti。ADM3055E可斷開接地環路，並已通過CAN FD節點和CAN總線線路之間5 kV rms信號和電源隔離的係統級安全認證。

可切換端接

為獲得良好的信號完整性，應在CAN總線兩端實施端接。可切換端接允許軟件配置端接的位置。軟件控製對於由於增加或刪除節點而導致對CAN總線進行即時網絡重新配置時，非常有用。

weijinkenengtigaowangluokekaoxing
，duanjiedianlubudexianzhigongmofanwei。duanjiedianluhaibixubushouxinhaogongmofanweideyingxiang
，huozhegengjutidishuo，duanjiedianlubixuzaishezhiwei“關”時保持關閉，設置為“開”時保持開啟。為了滿足所需的電路特性
，EVAL-ADM3055E-ARDZ評估板上的端接電路使用非常緊湊的光隔離SPST固態繼電器(SSR)
，隨傳輸節點浮動。

通過ADM3055E的(de)輔(fu)助(zhu)隔(ge)離(li)通(tong)道(dao)控(kong)製(zhi)繼(ji)電(dian)器(qi)
，意(yi)味(wei)著(zhe)繼(ji)電(dian)器(qi)不(bu)會(hui)橋(qiao)接(jie)隔(ge)離(li)間(jian)隙(xi)。由(you)於(yu)繼(ji)電(dian)器(qi)不(bu)會(hui)橋(qiao)接(jie)隔(ge)離(li)間(jian)隙(xi)
，因(yin)此(ci)無(wu)需(xu)提(ti)供(gong)安(an)全(quan)隔(ge)離(li)功(gong)能(neng)，並(bing)可(ke)選(xuan)擇(ze)盡(jin)可(ke)能(neng)小(xiao)的(de)封(feng)裝(zhuang)，以(yi)節(jie)省(sheng)印(yin)刷(shua)電(dian)路(lu)板(ban)(PCB)麵積。

120Ω端接電阻可通過單個電阻實現。不過
，將單個電阻分成兩個串聯的60 Ω電阻可為暴露在CAN總線上的兩個繼電器引腳提供低成本的靜電放電(ESD)保護。利用第二個SSR實現可切換端接電路，還可增加一個濾波電容。增加的這個電容與分路端接電阻一起提供低通濾波器，以減少CAN總線上的共模噪聲。

圖3.可切換120 Ω端接電阻，使用通過輔助通道進行控製的PhotoMOS繼電器

靜音模式和斜率控製模式

CN-0401電路還支持通過軟件可配置試錯，並配合收發器的靜音模式來發現總線波特率。靜音模式會禁用收發器的發送通道，允許CAN控製器在嚐試與總線數據速率同步時產生錯誤幀，但不會因這些錯誤幀而中斷總線通信。

通過CN-0401電路可以訪問ADM3055E斜坡控製模式。對於低速信令，斜率控製可降低CANH和CANL從隱性到顯性變遷的擺率。降低擺率可有效減少快速邊沿引起的振鈴和電磁幹擾（EMI）。請勿將斜率控製模式用於高速信令。

CAN FD控製器

EVAL-ADM3055E-ARDZ使用MCP2518FD外部CAN FD控製器。該控製器和ADM3055E收發器兼容傳統CAN、CAN 2.0B和CAN FD。加入CAN或CAN 2.0B需要更改軟件。

獨立式CAN控製器和ADM3055E為係統設計人員提供了一個便利的選項，隻需連接到通用的SPI端口，即可在現有設計中添加一個或多個隔離CAN端口。MCP2518FD支持的最大CAN FD數據速率為8 Mbps。參見MCP2518FD數據手冊獲取更多信息。

常見變化

EVAL-ADM3055E-ARDZ使用ADM3055E收發器。這種增強型信號和電源隔離收發器的額定過電壓為1分鍾5kv rms。封裝的最小爬電距離為8.3毫米
，符合強化安全標準。對於需要較低隔離能力和優先考慮電路板布局空間的應用

，可以使用ADM3057E。對於具有總線側電源的應用，ADM3056E是一種增強型信號隔離解決方案。

電路評估與測試

本節概述了使用EVAL-ADICUP3029對EVAL-ADM3055E-ARDZ進行簡單評估的程序。有關硬件和軟件設置的更多信息，請訪問EVAL-ADM3055E-ARDZ用戶指南（CN0401 (EVAL-ADM3055E-ARDZ) 擴展板概述）。

設備要求

●  帶USB端口和Windows® 7（32位）或更高版本的PC

●  串行終端（例如PuTTY或Tera Term）

●  兩個EVAL-ADM3055E-ARDZ電路評估板

●  兩個EVAL-ADICUP3029開發板

●  CrossCore® Embedded Studio或預構建的.hex文件

開始使用

1.在CrossCore Embedded Studio中打開CN0401項目。

2.檢查所有用戶定義設置是否正確，詳見EVAL-ADM3055E-ARDZ用戶指南。

3.構建項目並將項目上傳到ADICUP3029板（也可將預構建的hex文件複製（拖放）到ADICUP3029板的大容量存儲設備中）。

功能框圖

圖4所示為測試設置的功能框圖。PCB係留節點軟件設置一個命令行界麵(CLI)，該界麵通過PC中運行的串行終端發出指令。通過串行終端，用戶可以命令其他節點並發送遠程喚醒消息。

圖4.EVAL-ADM3055E-ARDZ功能測試框圖

測試設置

如圖5所示，使用Arduino兼容接頭將EVAL-ADM3055E-ARDZ安裝在EVAL-ADICUP3029上

，即可設置CAN節點。

圖5.使用EVAL-ADM3055E-ARDZ和EVAL-ADICUP3029設置CAN節點

通信和遠程喚醒測試

在兩個不同的CAN節點上構建並加載示例軟件後，兩塊板（連接後）通過CAN FD連接相互通信。圖6所示為雙節點CAN連接。

圖6.雙節點CAN連接測試設置

默認仲裁和數據傳輸速度分別為500 kbps和2 Mbps。電路板通過USB電纜連接到PC，每個節點都有自己的在串行終端上運行的CLI。這種配置在設備之間建立雙向CAN FD通信，並且該對設備成為CAN總線上的兩個獨立節點。

起初，所有設備都處於休眠模式，但可以通過CLI命令喚醒，並在CAN總線上發送ASCII消息。消息傳輸的超時時間為5秒
，並且會重複發送，直到另一個節點確認為止。此消息（尤其是較慢的仲裁階段）會喚醒另一個節點，後者會確認消息並在該節點的串行終端接口上顯示該消息。然後，兩個節點重新進入休眠狀態。

當連接到PC時，可以命令每個CAN節點執行通信環回測試。CAN控製器將置於外部環回模式，其中發送線路在內部連接到接收線路。CAN發送自定義消息，並檢查是否收到相同的消息。如果接收到環回消息，則在CLI上以ASCII字符形式顯示消息，ADICUP3029上的LED會閃爍。圖7所示為串行終端接收到的消息截圖。

圖7.串行終端中顯示的消息截圖

了解更多

CN-0401設計支持包

Watterson
，Conal。AN-1123應用筆記《控製器局域網(CAN)實施指南》。ADI公司2012年。

Watterson
，Conal。配置控製器局域網絡(CAN)位時序，優化係統性能。《模擬對話》第48卷。ADI公司2014年。

CAN in Automation (CiA)網站上提供的其他資源。

數據手冊和評估板

ADM3055E數據手冊。

CN0401 (EVAL-ADM3055E-ARDZ)擴展板概述

ADICUP3029開發板(EVAL-ADICUP3029)用戶指南

關於ADI公司

Analog Devices, Inc. (NASDAQ: ADI)是全球領先的半導體公司，致力於在現實世界與數字世界之間架起橋梁，以實現智能邊緣領域的突破性創新。ADI提供結合模擬、數字和軟件技術的解決方案
，推動數字化工廠、汽車和數字醫療等領域的持續發展，應對氣候變化挑戰，並建立人與世界萬物的可靠互聯。ADI公司2022財年收入超過120億美元，全球員工2.4萬餘人。攜手全球12.5萬家客戶，ADI助力創新者不斷超越一切可能。更多信息，請訪問www.analog.com/cn。

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