CN113741272A - Can总线通讯系统 - Google Patents

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李明洋
刘博峰
邵威
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Abstract

本发明实施例公开了一种CAN总线通讯系统包括：恒流源和一组差分传输线，差分传输线包括CANH线和CANL线。恒流源的正极端与CANL线电连接，恒流源的负极端与CANH线电连接。本发明实施例外接的恒流源可向CAN总线提供一反向电流，相当于降低传输隐性电平时，总线的输出电阻，可显著降低具有较大寄生电容时总线跳变到隐性电平的时间，进而使得误码率减小，传输准确性提高。同时，CAN总线通讯系统存在终端电阻，恒流源的正极端与CANL线电连接，恒流源的负极端与CANH线电连接，使得CAN总线通讯系统的稳态电压下降至一负值，增大了隐性电平阈值与稳态电压的差距，进而降低误码率，提高总线信号传输的准确性。

Description

CAN总线通讯系统
技术领域
本发明实施例涉及通信技术领域，尤其涉及一种CAN总线通讯系统。
背景技术
CAN总线在汽车、自动化等领域使用广泛，其OSI模型的物理层、链路层协议在ISO11898具有明确的定义。
标准CAN总线通讯系统通常由多个收发一体的站点、一对差分传输线(两根电线，通常命名为CANH线、CANL线)、两个120欧姆的终端电阻组成。
CAN总线和其他基于差分传输的总线系统(例如RS422、RS485)相比，其出众之处在于定义了“显性电平”和“隐性电平”；当任意一个站点发送“显性电平”时，整个总线通讯系统的传输内容为“显性电平”，当所有站点都处于接收状态或者发送“隐性电平”时，整个CAN总线通讯系统的传输内容为“隐性电平”。
在CAN总线通讯系统由显性电平跳变为隐性电平后，CANH线和CANL线上的电压会最终趋于稳定状态。在CANH线和CANL线上的电压趋于稳定状态后，CANH线和CANL线之间的电压差值称为稳态电压。且稳态电压与隐性电平阈值之间的差值越大，误码率越低。而现有技术中，稳态电压一般为0V，稳态电压与隐性电平阈值之间的差值较小，导致误码率较高。其中，隐性电平阈值指CANH线和CANL线之间的电压差值被判断为CAN总线通讯系统传输的为隐性电平时，对应的电压差值的最大值。
在CAN总线通讯系统的显性电平跳变为隐性电平过程中，随着通讯距离的增加，寄生电容、寄生电感增大，导致系统从显性电平跳变为隐性电平的时间增长，误码率增大，传输不确定性增加。
发明内容
本发明提供一种CAN总线通讯系统，以实现降低CAN总线误码率，提高信号传输的准确性。
本发明实施例提供了一种CAN总线通讯系统，包括恒流源和一组差分传输线，所述差分传输线包括CANH线和CANL线；
所述恒流源的正极端与所述CANL线电连接，所述恒流源的负极端与所述CANH线电连接。
可选的，所述恒流源包括：电压单元和压流转换单元；
所述电压单元的输出端与所述压流转换单元的第一输入端电连接；
所述压流转换单元的第一输出端作为所述恒流源的负极端，所述压流转换单元的第二输出端作为所述恒流源的正极端，所述压流转换单元用于将所述电压单元输出的电压转换为电流。
可选的，所述压流转换单元包括跨导放大器。
可选的，所述恒流源的供电电源为隔离电压源。
本发明实施例提供了一种CAN总线通讯系统，包括恒流源和一组差分传输线，差分传输线包括CANH线和CANL线。恒流源的正极端与CANL线电连接，恒流源的负极端与CANH线电连接。本发明实施例外接的恒流源因正极端与CANL线电连接，负极端与CANH线电连接，可向CAN总线提供一反向电流，相当于降低传输隐性电平时，CAN总线通讯系统的输出电阻，可显著降低具有较大寄生电容时CAN总线跳变到隐性电平的时间，进而使得误码率降低，传输准确性提高。同时，CAN总线通讯系统存在终端电阻，恒流源的正极端与CANL线电连接，恒流源的负极端与CANH线电连接，使得CAN总线通讯系统的稳态电压下降至一负值，增大了隐性电平阈值与稳态电压的差距，进而降低误码率，提高总线信号传输的准确性。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种CAN总线通讯系统的结构示意图。
图2为本发明实施例提供的另一种CAN总线通讯系统的结构示意图。
图3为本发明实施例提供的另一种CAN总线通讯系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
图1为本发明实施例提供的一种CAN总线通讯系统的结构示意图，参考图1，CAN总线通讯系统包括恒流源100和一组差分传输线，差分传输线包括CANH线210和CANL线220；
恒流源100的正极端A1与CANL线220电连接，恒流源100的负极端A2与CANH线210电连接。
可选的，差分传输线用于通过CANH线210和CANL线220接收站点发送的电平信号，其中站点发送的电平信号为显性电平信号时，CANH线210上的电压高于CANL线220上的电压。
CAN总线通讯系统还包括至少两个收发一体的站点230、两个终端电阻R组成，每一站点230的第一端A3连接于CANH线210，第二端A4连接于CANL线210。
具体的，CANH线210、CANL线220之间的电压差值大于显性电平阈值时，CAN总线传输的为显性电平，其中，显性电平阈值一般为1V。CANH线210、CANL线220之间的电压差值小于隐性电平阈值时，CAN总线通讯系统传输的为隐性电平，其中，隐性电平阈值一般为0.7V。当传输显性电平时，站点230处于低输出阻抗的输出状态，而通常CAN收发器具有不小于100mA的输出能力，输出显性电平的站点可以快速的使CANH线210和CANL线220之间的电压差值达到高于1V的标准；然而当输出隐性电平时，站点230处于高输出阻抗状态，CAN总线通讯系统依赖两端的终端电阻R使CANH线210、CANL线220之间的电压差值下降到0.7V以下。CAN总线通讯中，CANH线210和CANL线220的差值最终会稳定于稳态电压，且隐性电平阈值与稳态电压的差值越大，误码率越低。
显性电平信号回归到隐性电平信号是依靠两个终端电阻R，对于通讯时不同的波特率，两个终端电阻R并联后的阻值不同，示例性的，当波特率为1Mbps时，每一终端电阻R阻值均为120欧姆。
示例性的，每一终端电阻R的阻值均为120Ω，则并联连接的两个终端电阻R的总电阻为60Ω。恒流源100输出的电流为8mA，当CAN总线通讯系统输出隐性电平时，本系统使得CAN总线的隐性电平的稳态电压数值为(60Ω*8mA)＝0.48V，由于恒流源100的正极端A1电连接到CANL线220，负极端A2电连接到CANH线210，因此CAN总线通讯系统的隐性电平的稳态电压实际为-0.48V。示例性的，隐性电平阈值为0.7V，现有技术中，稳态电压一般为0V。本实施例中稳态电压降低至一负值，增大了隐性电平阈值与稳态电压的差距，进而降低了误码率，保证信号传输的准确性。
当CAN总线通讯系统输出电平为显性电平时，站点230为低输出阻抗的恒压源状态，本恒流源100导致了站点230输出的总电流增加了8mA；由于每个站点230都具有不低于100mA的电流输出能力，因此恒流源100对CAN总线通讯系统输出显性电平时的影响可忽略。
标准CAN总线通讯系统仅能通过两端的终端电阻R使得总线电平从显性电平降为隐性电平，本实施例中的恒流源提供了8mA的反向电流，相当于降低了隐性电平时总线的输出电阻，可显著降低具有较大寄生电容时总线跳变到隐性电平的时间，进而使得误码率降低，传输准确性提高。
本实施例提供了一种CAN总线通讯系统，包括恒流源和一组差分传输线，差分传输线包括CANH线和CANL线。恒流源的正极端与CANL线电连接，恒流源的负极端与CANH线电连接。本实施例外接的恒流源因正极端与CANL线电连接，负极端与CANH线电连接，可向CAN总线通讯系统提供一反向电流，相当于降低传输隐性电平时，总线的输出电阻，可显著降低具有较大寄生电容时总线跳变到隐性电平的时间，进而使得误码率降低，传输准确性提高。同时，CAN总线通讯系统存在终端电阻，恒流源的正极端与CANL线电连接，恒流源的负极端与CANH线电连接，使得CAN总线通讯系统的稳态电压下降至一负值，增大了隐性电平阈值与稳态电压的差距，进而降低误码率，提高总线信号传输的准确性。
图2为本发明实施例提供的另一种CAN总线通讯系统的结构示意图，可选的，恒流源100包括电压单元110和压流转换单元120；
电压单元110的输出端B1与压流转换单元120的第一输入端A5电连接；
压流转换单元120的第一输出端B2作为恒流源100的负极端A2，压流转换单元120的第二输出端B3作为恒流源100的正极端A1，压流转换单元120用于将电压单元110输出的电压转换为电流。
电压单元110还包括接地端C，接地端C接地后与压流转换单元120的第一输出端B2电连接。电压单元110的输出端B1输出的电压与压流转换单元120输出的电流一一对应，电压单元110输出端B1输出的电压可调，通过调节电压单元110使得压流转换单元120输出的电流满足用户需求。
继续参考图2，可选的，压流转换单元120包括跨导放大器。
跨导放大器用于将电压转换为电流时转换速率高，功耗小，跨导放大器型号可以为OPA861。使用跨导放大器搭建恒流源，可以提供高CAN总线波特率10倍的模拟带宽，避免恒流源100本身的反应迟滞对CAN总线通讯带来负面影响。
继续参考图2，可选的，恒流源100的供电电源为隔离电压源。
恒流源100的供电电源用于向电压单元110和压流转换单元120供电。因电压单元110的接地端C接地后与压流转换单元120的第一输出端B2电连接，而压流转换单元120的第一输出端B2又与CANH线210电连接，如果恒流源100的供电电源为普通电压源，CANH线210因与接地端C连接，CANH线210的电位会被嵌位至地电位，影响差分电平信号的传输，而恒流源100的供电电源为隔离电压源时，CANH线210的电位不会受地电位的影响，可顺利传输差分电平信号。
图3为本发明实施例提供的另一种CAN总线通讯系统的结构示意图，参考图3，可选的，电压单元110包括分压电路111和可调电阻112；
分压电路111至少包括串联在分压电路111的第一端D1和分压电路111的第二端D2之间的分压单元01和稳压单元02；分压单元01的第一端接入第一电源电压U1，分压单元01的第二端与稳压单元02的第一端电连接，分压单元01的第三端与稳压单元02的第二端电连接，分压单元01的第四端接入第二电源电压U2；
可调电阻112的第一端与稳压单元02的第一端电连接，可调电阻112的第二端与稳压单元02的第二端电连接，可调电阻112的第三端与压流转换单元120的第一输入端A5电连接，可调电阻112的第三端作为电压单元110的输出端B1。
本实施例中可选的，第一电压源电压U1为+5V电压，第二电压源电压U2为-5V电压，在其他实施例中第一电压源电压U1和第二电压源电压U2可以为其他电压值，可调电阻112可以为滑动变阻器。为了防止第一电压源电压U1和第二电压源电压U2发生波动导致加在可调电阻112两端的电压发生波动，仅设置分压单元01是不够的，还需设置稳压单元02使可调电阻112两端的电压维持在固定值，使得调节好可调电阻112后，可调电阻112第三端输出的电压值维持在稳定值，不再发生变化，进而使得压流转换单元120可以输出稳定的电流值至CANH线210和CANL线220上。
继续参考图3，可选的，分压单元01包括第一电阻R1和第二电阻R2，稳压单元02包括第一稳压管T1和第二稳压管T2；
第一稳压管T1的阴极与第一电阻R1的第二端电连接，第一稳压管T1的阳极与第二稳压管T2的阴极电连接，第二稳压管T2的阳极与第二电阻R2的第一端电连接；
第一电阻R1的第一端作为分压单元01的第一端，第一电阻R1的第二端作为分压单元01的第二端，第二电阻R2的第一端作为分压单元01的第三端，第二电阻R2的第二端作为分压单元01的第四端；第一稳压管T1的阴极作为稳压单元02的第一端，第二稳压管T2的阳极作为稳压单元02的第二端。
本实施例中，第一稳压管T1和第二稳压管T2均为稳压二极管，第一稳压管T1和第二稳压管T2的公共端接地，当两个稳压二极管均被反向击穿时，第一稳压管T1的阴极和第二稳压管T2的阳极处的电位为+3V和-3V，使得可调电阻112的第三端输出的电压可为+3V至-3V之间的任意值，通过调节可调电阻112使得可调电阻112第三端的电压经压流转换单元120转换为所需的电流值，示例性的，当需要恒流源100输出一8mA电流值至CANH线210和CANL线220上时，可调节可调电阻112的阻值直至压流转换单元120的第二输出端B3的电流值为8mA。
继续参考图3，可选的，压流转换单元120的第二输入端A6经滤波电容C1接地。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (4)

1.一种CAN总线通讯系统，其特征在于，包括：恒流源和一组差分传输线，所述差分传输线包括CANH线和CANL线；
所述恒流源的正极端与所述CANL线电连接，所述恒流源的负极端与所述CANH线电连接。
2.根据权利要求1所述的CAN总线通讯系统，其特征在于，所述恒流源包括：电压单元和压流转换单元；
所述电压单元的输出端与所述压流转换单元的第一输入端电连接；
所述压流转换单元的第一输出端作为所述恒流源的负极端，所述压流转换单元的第二输出端作为所述恒流源的正极端，所述压流转换单元用于将所述电压单元输出的电压转换为电流。
3.根据权利要求2所述的CAN总线通讯系统，其特征在于，所述压流转换单元包括跨导放大器。
4.根据权利要求2所述的总线通讯系统，其特征在于，所述恒流源的供电电源为隔离电压源。
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