技術分享：優化CAN節點位時序以適應數字隔離器傳播延遲
發布時間：2014-09-27 責任編輯：echolady
【導讀】現如今，控製器局域網被廣泛用於工業和汽車應用中。CAN協議（比如DeviceNet或CANOpen）依賴內置的錯誤檢查和差分信號采樣。電流隔離可進一步增強魯棒性，能夠抗高壓瞬變，但會增加傳播延遲。CAN節點經過優化配置，哪怕存在隔離時也具有最大數據速率和傳送距離。傳播延遲會影響節點間的並發傳輸和仲裁。衝裁依賴於CAN信號發送；邏輯0表示“主動”（總線間的差分電壓），邏輯1表示“被動”（全部輸出為高阻抗），意味著主動位將覆蓋被動位。發射時，所有節點監控總線；而發射被動位時則停止，從而允許另一個節點贏得仲裁。
圖1：兩個節點間的仲裁
傳播延遲不可過大，否則可能在其他節點傳播主動狀態之前會監控總線狀態。對於圖2中的節點A和節點B，往返時間很關鍵；該時間等於TPropAB加TPropBA，或者等於通過電纜和收發器延遲時間的兩倍，包括隔離（如有）。相比光耦合器，數字隔離器可降低傳播延遲，但係統允許的總傳播延遲是固定的，因此加入隔離可能會降低最大電纜距離。
圖2：帶傳播延遲的仲裁
傳播延遲補償
若要補償隔離引起的傳播延遲，可調節特定的CAN控製器參數。首先為CAN控製器時鍾設置波特率預分頻器（BRP）值，該值定義劃分位時間的“時間量子”（TQ）。它們適用於3或4段，如圖3所示；一個用來同步，另外數個用於傳播延遲（PROP）以及相位段1和2（PS1和PS2）。PS2和總TQ表示采樣點位置。
第一步：匹配時鍾、預分頻器和數據速率
對於給定的數據速率來說，第一步是檢查如何組合時鍾和BRP，才能讓TQ等於整數。1 Mbps示例如表1所示。該例采用ADI ADSP-BF548 Blackfin微處理器，內置CAN控製器。采用典型係統時鍾（fsclk）值，TQ整數值以粗體顯示（用於1 Mbps的有效時鍾/BRP組合）。
表1：用於1 Mbps的時鍾和BRP組合
第二步：位段配置
下一步是定義位段，並將采樣點設得盡可能晚。對於表1中的每一個有效選項，SYNC段必須允許有一個TQ，並且TSEG2 （PS2）段必須適應CAN控製器處理時間（隻要BRP大於4，BF548就要低於1 TQ）。TSEG1 （PROP + PS1）為16 TQ（最大值）。
圖3.：1 Mbps時最大傳播延遲的可能BF548位段
第三步：計算總線長度
圖3顯示1 Mbps的盡可能最新采樣點時，ADSP-BF548的可能配置。除5 TQ總和外的所有配置均為至少85%采樣點，但10 TQ時可達最佳值，此時要求fsclk = 50 MHz且BRP = 5.
最後一步是確定最優配置下的最大傳播延遲，並決定所選CAN收發器/隔離的可能電纜長度。對於圖4中處理器的最佳配置，可能的最大傳播延遲為900 ns.
圖4：采用ADM3053的隔離式CAN節點，集成isoPower
圖1中的ADI ADM3053集成CAN收發器、數字隔離器和隔離式電源。250 ns環路延遲包括隔離器延遲（兩個節點為500 ns）。假定電纜傳播延遲為5 ns/m，這意味著采用BF548，則總線長度可達40 m（根據ISO 11898標準的1 Mbps最大值）。
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