电子设计信号地(CAN - GND):正确接法与干扰处理

出处:网络整理 发布于:2025-04-27 13:52:12

电子设计领域,CAN(Controller Area Network)总线作为一种广泛应用的串行通信协议,其稳定性和可靠性至关重要。然而,总线干扰问题常常影响其正常工作,而信号地(CAN - GND)的正确接法对于减少干扰、保证通信质量起着关键作用。以下将详细介绍如何定位干扰原因、消除延时误差的方法以及信号地(CAN - GND)的相关概念和处理方式。


定位干扰原因


当 CAN 总线出现干扰时,有经验的工程师能够迅速定位问题所在,但对于新手而言却颇具挑战。造成总线干扰的因素众多,例如电磁辐射耦合到通讯电缆中、屏蔽线接地处理不当、仅隔离通讯而未隔离电源等。通过对实际现场情况的分析,结合相关图表(如图 1 所示),我们可以进行干扰源的排查。从图中可以推导出,如果现场的干扰并非通过电磁辐射进入,且整车网络也无干扰,那么基本可以断定干扰源于电机驱动器的 CAN 通讯未做好隔离。


图 1 定位干扰原因


消除延时误差的方法


为了减小延时、增加通讯距离并降低通讯错误率,我们可以采取以下一系列措施:


  1. 采用磁隔离的 CTM1051 方案设计接口收发电路:磁隔离技术能够有效隔离电气干扰,提高信号传输的稳定性和可靠性,减少延时的产生。
  2. 使用较粗的导线代替细导线:导线的粗细会影响信号传输的延时,标准为 1.5 线缆(延迟为 5ns/m),较粗的导线电阻较小,能够降低信号传输过程中的损耗和延时。
  3. 选用镀金或镀银的线缆:镀金或镀银的线缆具有更好的导电性,能够减少信号传输过程中的电阻,从而降低延时,提高信号传输的质量。
  4. 增加网桥中继设备 CANBridge 延长通讯距离:网桥中继设备可以对信号进行放大和转发,延长信号的传输距离,同时也能在一定程度上减少信号的衰减和干扰。
  5. 采用光纤传输:如致远电子的 CANHUB - AF1S1,在同等波特率下可将通讯距离延长 1 倍。光纤具有抗干扰能力强、传输速度快、损耗小等优点,能够有效解决长距离通讯中的延时和干扰问题。

信号地(CAN - GND)


信号地概念

信号地也被称为隔离地,其作用是为电子设备工作提供一个统一的参考电位。在电子设备中,为了避免有害电磁场的干扰,使设备能够稳定可靠地工作,需要将设备中的信号电路统一参考地,即 CAN - GND。


信号地处理

在许多实际应用中,设计者常常直接将每个节点的参考地连接到本地的大地,作为信号的返回地。这种看似正常可靠的做法,实际上存在极大的隐患。信号地(CAN - GND)的正确接法主要分为以下两种情况:


  1. 单屏蔽层线缆:如果线缆是单屏蔽层,信号地的理想接法是使用专门的信号线将所有节点信号地连接起来,使其起到参考地的作用。然而,如果缺少信号地线,也可以将所有节点信号地都连接到屏蔽层,但这样的屏蔽效果相对较差。


    图 2 带有屏蔽层双绞线


    图 3 含信号地线双绞线连接方式


    图 4 信号地与屏蔽层连接方式
  2. 双屏蔽层线缆:当使用双层屏蔽电缆时,需要将所有节点信号地连接到内屏蔽层。若使用非屏蔽线进行数据传输时,请保持信号地管脚悬空处理。


    图 5 双屏蔽层信号地处理方式

需要注意的是,所有节点信号地接到屏蔽层或者双屏蔽层的内层后,屏蔽层处理方式应为单点接地,不可多点接地,否则会在信号地线上形成地环流,导致信号干扰。另外,单点接地时为了加大供电地和信号地之间的隔离电阻,阻止共地阻抗电路耦合产生的电磁干扰,应采用隔离浮地设计,通过阻容方式将屏蔽层与外壳隔离。如果未进行单点接地处理,报文很可能会受到电磁干扰,如图 6 所示。


图 6 未进行单点接地处理的报文受到电磁干扰


在电子设计中,正确处理信号地(CAN - GND)对于保证 CAN 总线的稳定运行至关重要。通过合理定位干扰原因、采取有效的消除延时误差方法以及正确连接信号地,能够提高电子设备的可靠性和稳定性,减少故障的发生。同时,随着电子技术的不断发展,对于信号地处理的研究也在不断深入,未来可能会有更多更先进的方法和技术出现,为电子设计带来更好的解决方案。



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