CN116112308A - 一种can终端电阻配置电路及can总线系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种CAN终端电阻配置电路及CAN总线系统,包括两端分别用于连接在CAN高位数据线和CAN低位数据线的终端电阻电路以及控制信号输入端;终端电阻电路上包括互相串联的终端电阻和第一开关器件;所述控制信号输入端连接开关器件的控制端,以实现根据控制信号导通或关断第一开关器件,完成终端电阻在CAN总线上的挂载和禁用。本发明实现了CAN总线根据需要挂载和卸载禁用终端电阻,增加了终端电阻配置的灵活性,增加了智能化程度,无需区分带终端电阻版本以及不带终端电阻版本的CAN总线,解决了物料管理麻烦的问题;同时在后接终端电阻的场景下,无需破线接线,降低对接线工艺的要求,且保持线束美观和安全性,以及减少故障点。
Description
技术领域
本申请涉及CAN总线通信技术领域,尤其涉及一种用于车载ECU的CAN总线系统及其CAN终端电阻配置电路。
背景技术
车载ECU通常采用CAN总线通信。当CAN总线互连多个ECU进行组网时,按照规范需要在总线的两端放置终端电阻,同时车辆上的CAN总线往往和其他线束捆扎在一起,存在CANH或CANL中的某一线对电源短路(通常是电池电压,24V系统时最高可达36V)、另一线对搭铁短路,此时CAN总线上的差模电压可高达36V,往往会烧毁终端电阻甚至CAN收发器。
此外,传统的ECU单元在生产过程中,由于最终装车时该模块在整个CAN总线中的位置未知。对于终端电阻,通常采取以下2种处理方法:
1、同一产品生产2种规格、区分带终端电阻的版本以及不带终端电阻的版本。此种方法的不足之处是生产厂家和用户的物料管理麻烦。
2、仅生产一种不带终端电阻的版本,需要终端电阻时由客户额外在线束上增加终端电阻。此种方法不足之处是线束制作工艺复杂,同时也影响线束美观。
现有CAN总线配置终端电阻的方式不灵活、智能化程度低,导致以上需要设计两种型号产品带来的管理麻烦,和单一不带终端电阻型号时,需要额外接线增加工艺难度以及装配繁琐的问题。
发明内容
本发明的目的是提供CAN终端电阻配置电路及CAN总线系统,用以解决现有CAN总线配置终端电阻的方式不灵活、智能化程度低的问题。
为实现上述目的,本发明的方案包括:
本发明的一种CAN终端电阻配置电路的技术方案,包括两端分别用于连接在CAN高位数据线和CAN低位数据线的终端电阻电路以及控制信号输入端;终端电阻电路上包括互相串联的终端电阻和第一开关器件;所述控制信号输入端连接开关器件的控制端,以实现根据控制信号导通或关断第一开关器件,完成终端电阻在CAN总线上的挂载和禁用。
本发明在CAN总线的高位线和低位线之间并联终端电阻,在并联线路上设置根据控制信号通断的开关器件,实现了CAN总线根据需要挂载和卸载禁用终端电阻,增加了终端电阻配置的灵活性,增加了智能化程度,无需区分带终端电阻版本以及不带终端电阻版本的CAN总线,解决了物料管理麻烦的问题;同时在后接终端电阻的场景下,无需破线接线,降低对接线工艺的要求,且保持线束美观和安全性,以及减少故障点。
进一步地,所述控制信号输入端通过光耦连接第一开关器件;所述控制信号输入端控制连接光耦的发光端,所述光耦的输出级连接第一开关器件的控制端。
在控制信号输入端与CAN网络之间设置光耦隔离,避免CAN网络中的过电压损坏控制器芯片。
进一步地,为了实现光耦隔离后的开关器件的通断控制,所述第一开关器件为MOS管,第一开关器件的栅极源级之间并联有第一偏置电阻,所述第一偏置电阻串联在分压回路之中,第一偏置电阻还并联光耦的输出级。
进一步地,为了实现控制信号对光耦的驱动,还包括第二开关器件,所述控制信号输入端通过第二偏置电阻连接第二开关器件控制端,所述第二开关器件的导通和关断用于控制所述光耦的发光端的发光与熄灭。
进一步地,所述第二开关器件为MOS管,所述控制信号输入端通过第二偏置电阻连接第二开关器件的栅极。
进一步地,为了实现光耦发光端的通断控制,所述光耦的发光端与限流电阻串联后形成回路,所述第二开关器件的源级和漏极并联在光耦的发光端与限流电阻串联后支路的两端。
进一步地,为了实现控制信号对MOS管的稳定可靠驱动,所述第二开关器件的栅极还通过下拉电阻和稳压二极管接地。
进一步地,所述控制信号输入端包括用于连接车载MCU的车辆控制端,以及用于输入外接信号的外接控制端。
本发明可以实现通过车载芯片的驱动以及外接信号的控制,控制终端电阻的挂载与卸载,控制方式更加灵活。
进一步地,为了避免反向电流损伤芯片,所述车辆控制端和外接控制端还设置有防反二极管。
进一步地,还包括与外接控制端通过采样电阻连接的反馈信号端,所述反馈信号端用于连接车载MCU,以使车载MCU采样外接控制端的信号状态。
本发明还设置有外接信号反馈端口,可以实现车载MCU对当前终端电阻挂载状态的识别和判断,避免输出重复信号。
本发明的一种CAN总线系统的技术方案,包括CAN收发器,与CAN收发器相连的CAN高位数据线和CAN低位数据线,还包括如上所述的CAN终端电阻配置电路。
进一步地,在所述CAN高位数据线和CAN低位数据线上还分别串联有保护电阻;所述保护电阻均位于终端电阻电路与CAN高位数据线和CAN低位数据线连接点远离CAN收发器的一侧。
本发明进一步在带有CAN终端电阻配置电路的CAN总线上设置保护电阻,可以有效避免因差模电压导致的过流对终端电阻以及CAN收发器的损坏。
进一步地,所述保护电阻为正温度系数热敏电阻。
采用热敏电阻,可以根据CAN总线内过流大小主动调节保护电阻阻值,适应性更好的保护CAN终端电阻以及CAN收发器。
附图说明
图1是本发明的CAN总线系统电路原理图;
图2是不需要挂载终端电阻时控制信号原理流程图;
图3是需要挂载终端电阻时控制信号原理流程图;
图4是外部使能识别的信号原理流程图;
图5是本发明的保护单元保护原理示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了,下面结合附图及实施例,对本发明作进一步的详细说明。
电路实施例:
本发明的一种CAN终端电阻配置电路,应用了本发明CAN终端电阻配置电路的CAN总线系统如图1所示,包括CAN收发器、连接于CAN收发器之上的CAN高位数据线CANH和CAN低位数据线CANL,还包括本发明的CAN终端电阻配置电路。
本发明的CAN终端电阻配置电路包括终端电阻R1和终端电阻挂载/禁用单元,终端电阻R1并联在CAN高位数据线CANH和CAN低位数据线CANL之间;CAN终端电阻配置电路用来控制终端电阻R1与CAN高位数据线CANH的导通与断开。
终端电阻挂载/禁用单元由电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、二极管D1、稳压二极管D2、二极管D3、二极管D4、稳压二极管D5、MOS管Q1、MOS管Q2以及光耦合器OP1组;此外还具有三个端口:MCU_IO口、Ext_IN口以及Ext_Feed口。
其中,MCU_IO口用于连接车辆上的MCU,用于接收来自车辆MCU的终端电阻挂载使能信号;Ext_IN口用于接收例如外部的开关量,或者连接外部的拨码开关等,用于接收来自于外部IO的终端电阻挂载使能信号;Ext_Feed口输出Ext_IN的反馈信号,用于使车辆MCU识别Ext_IN信号是否有效。
CAN终端电阻配置电路电路原理如图1所示,主要原理是根据控制信号(MCU_IO、Ext_IN)控制终端电阻R1在CAN高位数据线CANH和CAN低位数据线CANL之间并联线路的通断。
终端电阻R1一端连接CAN低位数据线CANL,另一端连接CAN高位数据线CANH上M点。在终端电阻R1与CAN高位数据线CANH上M点之间的并联线路上设置有终端电阻挂载/禁用单元的MOS管Q1的导通端,即源级(S)和漏极(D)之间串设在该线路上。通过MOS管Q1的通断控制,实现终端电阻R1的挂载/禁用控制。
MOS管Q1的控制端设置有分压电路,即栅极(G)和源级(S)之间并联有偏置电阻R3,MOS管Q1的栅极(G)还通过上拉电阻R2和防反二极管D1连接5V电源,通过偏置电阻R3的分压,使MOS管Q1控制端获得足够的导通压降,MOS管Q1导通后完成终端电阻R1在CAN总线上的挂载,防反二极管D1保护5V电源免受CAN总线上差模电压造成的电压冲击的损坏。偏置电阻R3两端还并联光耦OP1的输出级,用于通过光耦OP1的导通来短路偏置电阻R3,进而降低MOS管Q1控制端的压降,来实现MOS管Q1的断开控制,实现终端电阻R1的禁用。光耦OP1输出级一侧为终端电阻挂载/禁用单元的执行侧。
光耦OP1发光端(光电二极管端)一侧为终端电阻挂载/禁用单元的信号侧,光耦OP1实现CAN总线与车载MCU及外部控制信号之间的电气隔离,保护芯片免受CAN总线对外短路导致的电压冲击的损伤。
光耦OP1的信号侧,MCU_IO口和Ext_IN口通过防反二极管D3、D4连接于F点。Ext_IN口还通过分压电阻R8连接Ext_Feed口,用于对Ext_IN口信号的检测;Ext_Feed口还通过稳压二极管D5和下拉电阻R9接地,以保护车载MCU。
F点通过偏置电阻R6连接MOS管Q2栅极(G),MOS管Q2栅极(G)还通过下拉电阻R7和稳压二极管D2接地,MOS管Q2源级(S)接地,MOS管Q2漏极(D)通过限流电阻R4连接光耦OP1发光端光电二极管正极,发光端光电二极管负极接地。光耦OP1发光端光电二极管正极还通过限流电阻R4和上拉电阻R5连接5V电源,用于使光耦OP1导通,进而短路MOS管Q1的偏置电阻R3,关断MOS管Q1,禁用终端电阻R1。
当MOS管Q2导通时,短路光耦OP1发光端光电二极管,关断光耦OP1,进而使MOS管Q1恢复导通,挂载终端电阻R1。
本发明的CAN终端电阻配置电路工作原理如下。
如图1、2所示,不需要挂载终端电阻时:
MCU_IO口和Ext_IN口均为低电平,F点为低电平,E点为低电平,MOS管Q2关断,D点为高电平,A点为高电平,光耦OP1导通,B点和C点间压降为零,MOS管Q1关断,终端电阻R1与CAN高位数据线CANH断开,实现终端电阻R1的禁用。
如图1、3所示,需要挂载终端电阻时:
当MCU_IO口和Ext_IN口中的任意一个信号是高电平时,F点为高电平,E点为高电平,MOS管Q2的栅源(GS)之间压差建立,MOS管Q2导通,D点被下拉到低电平,A点为低电平,光耦OP1内部发光端的光电二极管无电流,光耦OP1的输出级关断,B点和C点之间通过偏置电阻R3建立压差,即MOS管Q1的栅源(GS)之间建立导通电压,MOS管Q1导通,终端电阻R1与CAN高位数据线CANH实现连接,实现终端电阻R1在CAN总线上挂载。
Ext_IN口使能信号的识别:
终端电阻R1的使能既可以通过MCU的信号MCU_IO来控制,也可以通过外部信号Ext_IN控制。如果终端电阻R1是由外部Ext_IN信号(其来源可能是但不限于外部的开关量、拨码开关等等)来实现的。如果终端电阻R1已通过Ext_IN实现挂载。本发明的电路可实现对Ext_IN信号自诊断,避免车载MCU重复进行MCU_IO信号使能。
如图1、4所示,其原理为:
当外部输入信号Ext_IN口使能挂载终端电阻R1时,节点G高电平,车载MCU通过Ext_Feed口检测到高电平,进而识别出终端电阻R1已经通过外部信号Ext_IN使能挂载,MCU不再通过MCU_IO输出使能信号。MCU进一步还可以通过广播或IO信号告知系统内其他设备本通信节点已经实现终端电阻配置。
系统实施例:
本发明的CAN总线系统,如图1所示,包括CAN收发器、连接于CAN收发器之上的CAN高位数据线CANH和CAN低位数据线CANL,还包括本发明的CAN终端电阻配置电路。
CAN终端电阻配置电路在电路实施例中介绍的足够清楚,本实施例不再赘述。
此外,在车辆领域,任何线束都存在对电源和地的短路的情况。也就意味着任何回路都可能存在高达电池电压的差模电压,对于CAN系统来说也不例外。
为了避免CAN网络内差模电压过高,烧毁终端电阻及CAN收发器,本发明的CAN总线系统还进一步配置了终端电阻及CAN收发器的保护单元。
保护单元包括正温度系数的热敏电阻PTC1、PTC2;热敏电阻PTC1串联设置在CAN高位数据线CANH上,且位于终端电阻R1与CANH并联连接点M远离CAN收发器的一侧;热敏电阻PTC2串联设置在CAN低位数据线CANL上,且位于终端电阻R1与CANL并联连接点远离CAN收发器的一侧。
如图5所示,其原理如下:当高位数据线CANH和低位数据线CANL其中的1个对电池正极短路、1个对电池负极短路时,CANH和CANL之间就会形成高达电池电压的差模电压,并通过终端电阻R1和CAN收发器构成2个回路,形成差模电流。差模电流的回路如图5中带有箭头的曲线所示(终端电阻的控制电路未画出)。
保护单元通过在CANH和CANL上加入热敏电阻PTC1和热敏电阻PTC2,限制了流过终端电阻R1及CAN收发器的电流。同时差模电流过大时,在热敏电阻PTC1、PTC2上发热,进一步增加正温度系数热敏电阻PTC1、PTC2的阻值,正向反馈限制过大的差模电流。即实现了通过保护单元防止终端电阻R1因功率过载而损坏,同时也可以防止CAN收发器因过压而损坏。
本发明有效解决了车辆的CAN通信的终端电阻是否配置以及终端电阻因差模电压损坏的问题。既减轻了ECU生产厂家的物料管理压力,也减轻了主机厂的线束设计压力,又提高了终端电阻及CAN节点的可靠性。同时又提供了可供选择的终端电阻挂载方式:即可以外部控制,也可以MCU软件控制。且当控制方式是外部控制时,该控制对MCU也是可知的,无需MCU重复控制。
Claims (13)
1.一种CAN终端电阻配置电路,其特征在于,包括两端分别用于连接在CAN高位数据线和CAN低位数据线的终端电阻电路以及控制信号输入端;终端电阻电路上包括互相串联的终端电阻和第一开关器件;所述控制信号输入端连接开关器件的控制端,以实现根据控制信号导通或关断第一开关器件,完成终端电阻在CAN总线上的挂载和禁用。
2.根据权利要求1所述的CAN终端电阻配置电路,其特征在于,所述控制信号输入端通过光耦连接第一开关器件;所述控制信号输入端控制连接光耦的发光端,所述光耦的输出级连接第一开关器件的控制端。
3.根据权利要求2所述的CAN终端电阻配置电路,其特征在于,所述第一开关器件为MOS管,第一开关器件的栅极源级之间并联有第一偏置电阻,所述第一偏置电阻串联在分压回路之中,第一偏置电阻还并联光耦的输出级。
4.根据权利要求2所述的CAN终端电阻配置电路,其特征在于,还包括第二开关器件,所述控制信号输入端通过第二偏置电阻连接第二开关器件控制端,所述第二开关器件的导通和关断用于控制所述光耦的发光端的发光与熄灭。
5.根据权利要求4所述的CAN终端电阻配置电路,其特征在于,所述第二开关器件为MOS管,所述控制信号输入端通过第二偏置电阻连接第二开关器件的栅极。
6.根据权利要求5所述的CAN终端电阻配置电路,其特征在于,所述光耦的发光端与限流电阻串联后形成回路,所述第二开关器件的源级和漏极并联在光耦的发光端与限流电阻串联后支路的两端。
7.根据权利要求6所述的CAN终端电阻配置电路,其特征在于,所述第二开关器件的栅极还通过下拉电阻和稳压二极管接地。
8.根据权利要求1所述的CAN终端电阻配置电路,其特征在于,所述控制信号输入端包括用于连接车载MCU的车辆控制端,以及用于输入外接信号的外接控制端。
9.根据权利要求8所述的CAN终端电阻配置电路,其特征在于,所述车辆控制端和外接控制端还设置有防反二极管。
10.根据权利要求8所述的CAN终端电阻配置电路,其特征在于,还包括与外接控制端通过采样电阻连接的反馈信号端,所述反馈信号端用于连接车载MCU,以使车载MCU采样外接控制端的信号状态。
11.一种CAN总线系统,包括CAN收发器,与CAN收发器相连的CAN高位数据线和CAN低位数据线,其特征在于,还包括如权利要求1~10任一项所述的CAN终端电阻配置电路。
12.根据权利要求11所述的CAN总线系统,其特征在于,在所述CAN高位数据线和CAN低位数据线上还分别串联有保护电阻;所述保护电阻均位于终端电阻电路与CAN高位数据线和CAN低位数据线连接点远离CAN收发器的一侧。
13.根据权利要求12所述的CAN总线系统,其特征在于,所述保护电阻为正温度系数热敏电阻。
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