CN207051682U - Can总线工作模式的在线仿真系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种CAN总线工作模式的在线仿真系统，包括用于模拟CAN收发器收发信号的CAN收发器模拟单元，所述CAN收发器模拟单元的CANH引脚与CANL引脚之间设有负载电路；模式切换单元包括节点模式切换电路以及总线模式切换电路，所述节点模式切换电路用于将CAN节点切换到连接短路至电源的故障模式或短路至地的故障模式，所述总线模式切换电路用于将所述CAN节点切换成正常工作模式/断路故障模式/短路故障模式。该仿真系统能模拟CAN总线正常工作模式和故障干扰模式，并能快速重现和定位其故障状态，可在对CAN总线的开发和使用过程实现降本增效。

Description

CAN总线工作模式的在线仿真系统

技术领域

本实用新型涉及CAN总线工作模式的在线仿真系统技术领域，尤其涉及一种汽车领域中CAN总线工作模式的在线仿真系统。

背景技术

CAN(Controller Area Network)可完成车载系统中数据类型及可靠性不尽相同各个电子控制系统之间通信，并能实现“减少线束数量”、“通过多个LAN(局域网)，进行大量数据的高速通信”的需要。而各个电子控制系统之间是通过一对CAN总线进行连接，为保障其性能可靠性，在使用和开发CAN总线的过程中，均需要参照国际标准(如ISO11898标准，SAE标准等)和OEM(企业)标准对其正常工作模式和故障干扰模式进行测试和验证。

而现今实现此测试验证及其故障排查，主要是通过手动或半自动测试的方式进行测试，其实测过程需工程师进行大量重复工作。若是初次接触CAN总线的开发人员将会花费更多时间，甚至对一些故障干扰产生原因难以准确地进行判定。因此，此类方法存在效率低，故障重现难以快递定位等问题，严重的影响了工作效率。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种CAN总线工作模式的在线仿真系统，该仿真系统能模拟CAN总线正常工作模式和故障干扰模式，并能快速重现和定位其故障状态，可在对CAN总线的开发和使用过程实现降本增效。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：一种CAN总线工作模式的在线仿真系统，用于模拟CAN收发器收发信号的CAN收发器模拟单元，所述CAN收发器模拟单元的CANH引脚与CANL引脚之间设有负载电路；模式切换单元包括节点模式切换电路和总线模式切换电路，所述节点模式切换电路用于将CAN节点切换到连接短路至电源的故障模式或短路至地的故障模式，所述总线模式切换电路用于将所述CAN节点切换成正常工作模式/断路故障模式/短路故障模式。

作为一种改进的方式，所述CAN收发器模拟单元包括包括CAN发送模块和CAN接收模块,所述CAN发送模块包括顺序设置于TXD引脚与所述CANH和CANL引脚之间的高速缓冲门、输出级控制模块以及带防反保护的限流输出级模块，所述带防反保护的限流输出级模块包括输 出为CANH的高边输出级和输出为CANL的低边输出级，所述CAN发送模块还包括上拉电阻、第一直流偏置电路以及匹配电阻，所述第一直流偏置电路用以提供CAN输出级的隐性电平，所述匹配电阻与整个CAN总线网络电阻相匹配。

作为一种改进的方式，所述CAN接收模块包括用以完成高速模拟信号转变成数字信号的差分输入高速滞回比较器，所述差分输入高速滞回比较器还设置有第二直流偏置电路，所述第二直流偏置电路用以提供CAN接收输入共模电压。

作为一种改进的方式，所述TXD引脚接所述上拉电阻一端和所述高速缓冲门的输入端，所述的上拉电阻另一端接电源，所述高速缓冲门的输出端接所述的输出级控制模块的输入端，所述输出级控制模块的两个输出端分别接所述高边输出级和所述低边输出级的输入端，所述高边输出级的输出端接第一匹配电阻的一端和所述负载电路，所述第一匹配电阻的另一端接所述的直流偏置电路分压节点和所述差分输入高速滞回比较器负向输入端，所述低边输出级的输出端接第二匹配电阻的一端和所述负载电路，所述负载电路接于所述CAN收发器模拟单元的CANH引脚与CANL引脚之间，所述第二匹配电阻的另一端接所述的直流偏置电路分压节点和所述差分输入高速滞回比较器正向输入端，所述高速滞回比较器输出端接所述CAN接收模块的RXD引脚，所述CANH引脚接单刀双掷切换开关SW1的固定触点，所述单刀双掷切换开关SW1触点1连接开关SW5一端，所述开关SW5的另一端并联开关SW7和其它CAN节点，所述单刀双掷切换开关SW1的触点2接单刀双掷切换开关SW3的固定触点，所述单刀双掷切换开关SW3的触点1连接短路电源，所述单刀双掷切换开关SW3的触点2连接电源地，所述CANL引脚接单刀双掷切换开关SW2的固定触点，所述单刀双掷切换切换开关SW2触点1连接开关SW6一端，所述开关SW6的另一端并联开关SW7和所述的其它CAN节点，所述的单刀双掷切换开关SW2的触点2接单刀双掷切换开关SW4的固定触点，所述单刀双掷切换开关SW4的触点1连接短路电源，所述单刀双掷切换开关SW4的触点2连接电源地，开关SW8的一端接于所述单刀双掷切换开关SW1的触点1与所述开关SW5之间，所述SW8的另一端接于所述单刀双掷切换开关SW1的触点2与所述开关SW5之间，开关SW9的一端接于所述单刀双掷切换开关SW2的触点1与所述开关SW6之间，所述开关SW9的另一端接于所述单刀双掷切换开关SW2的触点2与所述开关SW6之间。

作为一种改进的方式，所述上拉电阻的阻值大于1kΩ。

作为一种改进的方式，所述输出级控制模块是具有泵电电荷能力的控制芯片。

作为一种改进的方式，所述防反保护的电路的器件可选用二极管或金氧半场效晶体管或继电器。

作为一种改进的方式，所述匹配电阻的阻值小于或等于120Ω。

作为一种改进的方式，所述直流偏置电路输出电压范围为2V～3V。

采用上述技术方案所取得的技术效果为：

本申请的CAN工作模式的在线仿真系统具有如下优点：

其一，本系统通过CAN收发器模拟单元结合模式切换单元可真实地模拟CAN总线正常工作模式和故障模式并进行在线仿真；

其二，模式切换单元能快速重现和定位CAN总线故障状态，可实现降本增效的目的；

其三，该仿真系统通过CAN收发器模拟单元完成数据的收发其功能，其实现过程结构简单，器件少，成本低，且性能稳定；

其四，通过切换模式切换单元的主切换开关和后续工作来完成CAN总线正常工作模式和故障模式的切换，操作简单，可快速仿真和测试，从可精确实现故障定位。

由于上拉电阻的阻值应大于1kΩ，上拉电阻可确保CAN总线工作在确定电平状态，即在CAN总线闲置状态和CAN收发器上下电时，CAN总线输出是在确定的隐性电平(RecessiveLevel)状态，以免干扰其他CAN节点5的正常工作。

由于所述输出级控制模块是具有泵电电荷能力的控制芯片，能快速实现控制输出级开关切换作用，

由于所述匹配电阻的阻值小于或等于120Ω，匹配电阻在CAN输出隐性电平时，实现与整个CAN总线网络电阻相匹配。

由于所述防反保护的电路的器件可选用二极管或金氧半场效晶体管或继电器等。

由于其特征在于，所述直流偏置电路输出电压范围为2V～3V，用以提供CAN输出级的隐性电平。

附图说明

图1表示本实用新型CAN工作模式的在线仿真系统的结构框图；

图中，1-CAN收发器模拟单元，101-上拉电阻，102-高速缓冲门，103-输出级控制模块，104-高边输出级,105-低边输出级,106-第一匹配电阻,107-第二匹配电阻，108-差分输入高速滞回比较器，109-直流偏置电路，2-负载电路，31a、31b、41a、41b，32a、32b、42a、42b-触点，SW1、SW2、SW3、SW4-单刀双掷切换开关，SW5、SW6、SW7，SW8，SW9-开关,111-TXD引脚，112-RXD引脚，113-CANH引脚,112-CANL引脚，4-节点模式切换电路，5-总线模式切换电路，6-其它CAN节点。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

如图1所示，一种CAN总线工作模式的在线仿真系统，包括用于模拟CAN收发器收发信号的CAN收发器模拟单元1，CAN收发器模拟单元1的CANH引脚113与CANL引脚114之间设有负载电路2。CAN收发器模拟单元1包括包括CAN发送模块和CAN接收模块,CAN发送模块包括顺序设置于TXD引脚111(发送数据引脚)与CANH引脚113和CANL引脚112之间的高速缓冲门102、输出级控制模块103以及带防反保护的限流输出级模块，带防反保护的限流输出级模块包括高边输出级104和低边输出级105。

高速缓冲门102为后续输出级控制模块103电路增强驱动电流能力，并具有高速响应能力，优选的快速输入缓冲门是高速滞回比较功能的缓冲门。CAN发送模块的输出级控制，能快速实现控制输出级开关切换作用，优选的输出级控制是具有charge_pump(泵电电荷)能力的控制芯片或理想信号源。CAN发送模块的输出级由高低边输出来构成，对于输出级的高低边的器件可选用三极管、NMOSFET、PMOSFET(N沟道、P沟道金属氧化物半导体场效应晶体管)、受控理想开关等。考虑到简化输出级的模型。本申请优选的考虑PMOSFET和NMOSFET来构成高低边作为其输出级。为防止输出级电流过大损坏CAN总线网络中终端电阻阻值(100Ω-130Ω)，因需在输出级加限流保护，同时其限流保护的阻抗需与CAN网络的阻抗匹配，因其取值范围10Ω-130Ω，优选的限流保护的阻值为60Ω。

CAN发送模块6的输出级的防反保护的电路，对于安全工业领域的输出级电路均需要考虑防反保护的电路，对于输出的防反保护的电路的器件可选用二极管、MOSFET、金属氧化物半导体场效应晶体管、继电器等。考虑到电路的实现简单和可靠性，本申请优选的考虑二极管作为防反保护。

CAN发送模块还包括上拉电阻101、直流偏置电路109、第一匹配电阻106以及第二匹配电阻107。上拉电阻101接于TXD引脚111与高速缓冲门102之间，上拉电阻101是确保CAN总线工作在确定电平状态，即在CAN总线闲置状态和CAN收发器上下电时，CAN总线输出是在确定的隐性电平(Recessive Level)状态，以免干扰其他CAN节点6的正常工作。

其它CAN节点6是指除了负载电路2所对应的节点之外的CAN网络中其它的CAN节点6，用于描述CAN总线网络中所能承载的负载。若负载电路2所对应的节点为终端节点，其它CAN节点6阻值范围为50Ω～130Ω；若此节点为非终端节点，其它CAN节点6阻值范围为45Ω～130Ω。本申请优选的此节点为终端节点，该上拉电阻101的阻值应大于1kΩ，有选的上拉电阻101的阻值为4.6kΩ。

直流偏置电路109用以提供CAN输出级的隐性电平，第一匹配电阻106、第二匹配电阻107与整个CAN总线网络电阻相匹配。CAN发送模块6的直流偏置电路109，提供CAN输出级的隐性电平，其直流偏置电路109输出电压范围[2V,3V]。根据国际标准和企业标准，考虑到CAN发送模块稳定性，本申请优选的考虑直流偏置电路109输出电压为2.5V，直流偏置电路109单端等效的电阻范围5kΩ-50kΩ，直流偏置电路109差分等效的电阻范围10kΩ-100kΩ。优选的直流偏置电路109单端等效的电阻10kΩ，直流偏置电路109差分等效的电阻20kΩ。

CAN发送模块6的第一匹配电阻106、第二匹配电阻107在CAN输出隐性电平时，实现与整个CAN总线网络电阻相匹配，匹配电阻的阻值应不大于120Ω，优选的匹配电阻的阻值60Ω。

接收模块7是由差分输入高速滞回比较器8，直流偏置电路109两部分构成。接收模块7的差分输入高速滞回比较器8完成高速模拟信号转变成数字信号的功能，同时，增加滞回功能以提高接收模块的抗干扰能力，差分输入高速滞回比较器的输出接CAN_RXD(接受数据引脚)。接收模块7的直流偏置电路109，与的CAN发送模块6的直流偏置电路109是同一个电路，二者共用此电路，它提供CAN接收输入共模电压和CAN发送模块6的CAN输出级的隐性电平。

CAN收发器模拟单元所在的节点为终端节点，其二串联电阻值范围为100Ω～130Ω，若此节点为非终端节点，其二串联电阻值应不小于1kΩ，本申请有选的此节点为终端节点。

模式切换单元通过CANH引脚113与CANL引脚114与CAN收发器模拟单元电连接，模式切换单元包括节点模式切换电路4以及总线模式切换电路5，节点模式切换电路4用于将CAN收发器模拟单元所在的节点切换成短路至电源的故障模式或短路至地的故障模式，总线模式切换电路5用于将该CAN节点切换成正常工作模式/断路故障模式/短路故障模式。

本申请的CAN工作模式的在线仿真系统的连接关系：

TXD引脚111(即发送CAN信号引脚)接上拉电阻101一端和的高速缓冲门102的输入端， 而上拉电阻101另一端接电源(即VDD，VDD电压范围为4.5V-5.5V)。高速缓冲门102输出端接输出级控制模块103的输入端，输出级控制模块103的输出端分别接带防反保护的限流输出级的两个输入端，该低边输出级105的输出端接第二匹配电阻107的一端和收发器模拟单元的负载电路2，第二匹配电阻107另一端接的直流偏置电路109分压节点和的接收模块7的差分输入高速滞回比较器8正向输入端。高边输出级104的输出端接第一匹配电阻106的一端，第一匹配电阻106的另一端接直流偏置电路109分压节点和的接收模块7的差分输入高速滞回比较器8负向输入端，差分输入高速滞回比较器8输出端接收模块7的RXD引脚112(即接收CAN信号引脚)。

另外，带防反保护的限流输出级的高输出级104和低边输出级105还分别接单刀双掷切换开关SW1和单刀双掷切换开关SW2固定触点，单刀双掷切换开关SW1的触点31a和单刀双掷切换开关SW2的触点31b分别连接的模式4的开关SW5和开关SW6一端，总线模式切换电路的开关SW5和开关SW6另一端并联着的开关SW7和其它CAN节点6，单刀双掷切换开关SW1的触点31a和单刀双掷切换开关SW2的触点31b分别接节点模式切换电路的单刀双掷切换开关SW3和单刀双掷切换开关SW4的固定触点，节点模式切换电路的单刀双掷切换开关SW3的触点41a和单刀双掷切换开关SW4的触点42a分别连接节点模式切换电路的短路电源，节点模式切换电路的单刀双掷切换开关SW3的触点41b和单刀双掷切换开关SW4的触点42b分别连接节点模式切换电路的短路地(即电源地)。

开关SW8的一端接于单刀双掷切换开关SW1的触点31a与开关SW5之间，开关SW8的另一端接于单刀双掷切换开关SW1的触点31b与所述开关SW5之间，开关SW9的一端接于单刀双掷切换开关SW2的触点42a与开关SW6之间，开关SW9的另一端接于单刀双掷切换开关SW2的触点32b与开关SW6之间。

当单刀双掷切换开关SW1切换至触点31a,单刀双掷切换开关SW2同时切换至触点32a时，将接通该CAN节点6连接整个CAN网络的通道；当单刀双掷切换开关SW1切换至开关触点31b时或单刀双掷切换开关SW2切换至触点32b时，该CAN节点6将切换成工作于短路至电源/地的故障模式。

节点模式切换电路4的切换通过单刀双掷切换开关SW3和单刀双掷切换开关SW4来实现，当单刀双掷切换开关SW3切换至开关触点41a时或单刀双掷切换开关SW4切换至开关触点42a时，CAN收发器模拟单元所在的节点将工作于短路至电源的故障模式；当单刀双掷切 换开关SW3切换至开关触点41b或单刀双掷切换开关SW4切换至开关触点42b时，该工作于短路至地的故障模式。

总线模式切换电路5是通过开关SW5\开关SW6和开关SW7以及配合单刀双掷切换开关SW1和单刀双掷切换开关SW2来实现其工作模式的切换。当开关SW7断开，且开关SW5和开关SW6闭合，同时，单刀双掷切换开关SW1切换至开关触点31a、单刀双掷切换开关SW2一同切换至开关触点32a时，CAN总线将工作于正常模式；当开关SW7断开，且开关SW5和开关SW6任一个断开，同时，单刀双掷切换开关SW1切换至开关触点31a、单刀双掷切换开关SW2切换至开关触点32a时，CAN总线将工作于断路故障模式；当开关SW5和开关SW6闭合，同时，单刀双掷切换开关SW1切换至开关触点31a、单刀双掷切换开关SW2同时切换至开关触点32a时，若此时开关SW7闭合，CAN总线将工作于短路故障模式。当开关SW7断开，开关SW5和开关SW6接通，同时，单刀双掷切换开关SW1切换至开关触点31a、单刀双掷切换开关SW2切换至开关触点32a时，再接通开关SW8或开关SW9，并开关SW3或开关SW4连接电源或地，可进行的总线电源或地故障模拟。

通过在上述该仿真系统模拟的CAN正常工作模式波形与实测波形数据的对比，可知两者数据是非常的吻合，从而充分验证了本申请的CAN工作模式的在线仿真系统可较完整模拟出CAN总线正常工作模式和故障工作模式。以上仅为本申请的优选实施例，并不用于限定本申请。对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种CAN总线工作模式的在线仿真系统，其特征在于，包括：

用于模拟CAN收发器收发信号的CAN收发器模拟单元，所述CAN收发器模拟单元的CANH引脚与CANL引脚之间设有负载电路；

模式切换单元，所述模式切换单元包括节点模式切换电路和总线模式切换电路，所述节点模式切换电路用于将CAN节点切换到连接短路至电源的故障模式或短路至地的故障模式，所述总线模式切换电路用于将所述CAN节点切换成正常工作模式/断路故障模式/短路故障模式。

2.如权利要求1所述的CAN总线工作模式的在线仿真系统，其特征在于，所述CAN收发器模拟单元包括CAN发送模块和CAN接收模块,所述CAN发送模块包括顺序设置于TXD引脚与所述CANH和CANL引脚之间的高速缓冲门、输出级控制模块以及带防反保护的限流输出级模块，所述带防反保护的限流输出级模块包括输出为CANH的高边输出级和输出为CANL的低边输出级，所述CAN发送模块还包括上拉电阻、第一直流偏置电路以及匹配电阻，所述第一直流偏置电路用以提供CAN输出级的隐性电平，所述匹配电阻与整个CAN总线网络电阻相匹配。

3.如权利要求2所述的CAN总线工作模式的在线仿真系统，其特征在于，所述CAN接收模块包括用以完成高速模拟信号转变成数字信号的差分输入高速滞回比较器，所述差分输入高速滞回比较器还设置有第二直流偏置电路，所述第二直流偏置电路用以提供CAN接收输入共模电压。

4.如权利要求3所述的CAN总线工作模式的在线仿真系统，其特征在于，所述第一直流偏置电路与所述第二直流偏置电路为同一个电路。

5.如权利要求4所述的CAN总线工作模式的在线仿真系统，其特征在于，所述TXD引脚接所述上拉电阻一端和所述高速缓冲门的输入端，所述上拉电阻另一端接电源，所述高速缓冲门的输出端接所述的输出级控制模块的输入端，所述输出级控制模块的两个输出端分别接所述高边输出级和所述低边输出级的输入端，所述高边输出级的输出端接第一匹配电阻的一端和所述负载电路，所述第一匹配电阻的另一端接所述直流偏置电路分压节点和所述差分输入高速滞回比较器负向输入端，所述低边输出级的输出端接第二匹配电阻的一端和所述负载电路，所述负载电路接于所述CAN收发器模拟单元的CANH引脚与CANL引脚之间，所述第二匹配电阻的另一端接所述直流偏置电路分压节点和所述差分输入高速滞回比较器正向输入端，所述高速滞回比较器输出端接所述CAN接收模块的RXD引脚，所述CANH引脚接单刀双掷切换开关SW1的固定触点，所述单刀双掷切换开关SW1触点1连接开关SW5一端，所述开关 SW5的另一端并联开关SW7和其它CAN节点，所述单刀双掷切换开关SW1的触点2接单刀双掷切换开关SW3的固定触点，所述单刀双掷切换开关SW3的触点1连接短路电源，所述单刀双掷切换开关SW3的触点2连接电源地，所述CANL引脚接单刀双掷切换开关SW2的固定触点，所述单刀双掷切换切换开关SW2触点1连接开关SW6一端，所述开关SW6的另一端并联开关SW7和所述其它CAN节点，所述单刀双掷切换开关SW2的触点2接单刀双掷切换开关SW4的固定触点，所述单刀双掷切换开关SW4的触点1连接短路电源，所述单刀双掷切换开关SW4的触点2连接电源地，开关SW8的一端接于所述单刀双掷切换开关SW1的触点1与所述开关SW5之间，所述SW8的另一端接于所述单刀双掷切换开关SW1的触点2与所述开关SW5之间，开关SW9的一端接于所述单刀双掷切换开关SW2的触点1与所述开关SW6之间，所述开关SW9的另一端接于所述单刀双掷切换开关SW2的触点2与所述开关SW6之间。

6.如权利要求5所述的CAN总线工作模式的在线仿真系统，其特征在于，所述上拉电阻的阻值大于1kΩ。

7.如权利要求6所述的CAN总线工作模式的在线仿真系统，其特征在于，所述输出级控制模块是具有泵电电荷能力的控制芯片。

8.如权利要求6所述的CAN总线工作模式的在线仿真系统，其特征在于，所述防反保护的电路的器件选用二极管或金氧半场效晶体管或继电器。

9.如权利要求5所述的CAN总线工作模式的在线仿真系统，其特征在于，所述匹配电阻的阻值小于或等于120Ω。

10.如权利要求5所述的CAN总线工作模式的在线仿真系统，其特征在于，所述直流偏置电路输出电压范围为2V～3V。