為什么要評(píng)估檢查CAN信號(hào)的質(zhì)量？

信號(hào)質(zhì)量較差的CAN信號(hào)，可能會(huì)導(dǎo)致發(fā)送或接收節(jié)點(diǎn)無法正確識(shí)別信號(hào)電平，使通信受到影響。信號(hào)質(zhì)量評(píng)估是分析CAN通信信號(hào)質(zhì)量的一種有效手段，對(duì)單節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信號(hào)質(zhì)量評(píng)估，能直觀反映節(jié)點(diǎn)信號(hào)電平質(zhì)量的好壞；對(duì)CAN網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信號(hào)質(zhì)量評(píng)估，能直觀地比較各節(jié)點(diǎn)信號(hào)質(zhì)量情況，便于問題的分析和定位。

  CAN信號(hào)質(zhì)量評(píng)估的相關(guān)概念

CAN節(jié)點(diǎn)是通過差分信號(hào)進(jìn)行通信的，因此，信號(hào)質(zhì)量的評(píng)估對(duì)象為CAN差分信號(hào)的波形。信號(hào)質(zhì)量評(píng)估即對(duì)差分信號(hào)波形的幅值、斜率及擾動(dòng)等元素按照一定的規(guī)則進(jìn)行綜合評(píng)估，得到的質(zhì)量評(píng)估結(jié)果，以百分比的形式呈現(xiàn)。信號(hào)質(zhì)量評(píng)估參數(shù)圖如圖1所示：

圖1 信號(hào)質(zhì)量評(píng)估參數(shù)圖

1、無干擾電壓范圍

無干擾電壓范圍是指待評(píng)估差分波形段中顯性位電平的小值和隱性位電平的大值之間的差值。

2、峰峰值

峰峰值是指波形中大值和小值的差值。

3、斜率

斜率即信號(hào)邊沿時(shí)間，是波形中信號(hào)電平變換時(shí)所經(jīng)歷的時(shí)間，包括上升沿和下降沿。

  信號(hào)質(zhì)量評(píng)估方法

1、斜率評(píng)估

全面評(píng)估CAN總線電平的信號(hào)質(zhì)量，邊沿時(shí)間的評(píng)估是*的，過于平緩的邊沿會(huì)導(dǎo)致接收節(jié)點(diǎn)采樣錯(cuò)誤。如圖2所示的波形，邊沿明顯過于平緩。

圖2 信號(hào)邊沿過于平緩現(xiàn)象

斜率評(píng)估計(jì)算公式如下：

由計(jì)算公式可知，當(dāng)邊沿過于平緩，即邊沿時(shí)間占位時(shí)間的比例越大時(shí)，則評(píng)分越低；當(dāng)邊沿時(shí)間達(dá)到位時(shí)間的50%時(shí)，評(píng)分為0%，這時(shí)位信號(hào)已經(jīng)嚴(yán)重畸變，影響節(jié)點(diǎn)對(duì)位電平的識(shí)別。

2、幅值評(píng)估

信號(hào)質(zhì)量的好壞與信號(hào)的幅值（幅值是指頂部值與底部值之間的差值）密切相關(guān)，幅值對(duì)應(yīng)的頂部值和底部值需在ISO 11898-2定義的范圍之內(nèi)，否則可能導(dǎo)致無法正常通信。

圖3 ISO11898-2 顯性差分電平參考范圍

圖4 ISO11898-2 隱性差分電平參考范圍

幅值異常，會(huì)使CAN通信的容錯(cuò)性降低，如圖5所示，幅值對(duì)應(yīng)的頂部值只有1.2V左右，低于ISO 11898-2定義的小值。

圖5 CAN差分信號(hào)幅值過低

幅值評(píng)估公式如下：

無干擾電壓范圍

幅值評(píng)分

由計(jì)算公式可知，幅值的評(píng)估與無干擾電壓范圍密切相關(guān)，當(dāng)無干擾電壓范圍為1V時(shí)，評(píng)分小，為0%；而2.2V為無干擾電壓范圍的值，對(duì)應(yīng)評(píng)分為100%。

3、擾動(dòng)評(píng)估

信號(hào)在波形頂部值和底部值的抖動(dòng)直觀地反映了信號(hào)受到的干擾情況，即往往會(huì)使波形出現(xiàn)預(yù)沖和過沖現(xiàn)象。

圖6 信號(hào)預(yù)沖現(xiàn)象

圖7 信號(hào)過沖現(xiàn)象

信號(hào)擾動(dòng)按照如下公式進(jìn)行評(píng)估：

由計(jì)算公式可知，當(dāng)峰峰值與無干擾電壓范圍越接近時(shí)，評(píng)分越高，此時(shí)表征信號(hào)波形的預(yù)沖、過沖較小，當(dāng)峰峰值和無干擾電壓范圍相等時(shí)，評(píng)分為100%。

4、綜合質(zhì)量

由以上三部分得到信號(hào)質(zhì)量評(píng)估的綜合結(jié)果，計(jì)算公式如下：

注：1/3可看作三大信號(hào)質(zhì)量評(píng)估內(nèi)容的權(quán)重，它們一般使用相同的權(quán)值。

5、注意事項(xiàng)

• 信號(hào)質(zhì)量的評(píng)估應(yīng)以差分波形的波形段為單位，且波形段中應(yīng)包含上升沿、下降沿、頂部值以及底部值等波形元素；

• 根據(jù)CAN通信的原理，仲裁場(chǎng)和ACK場(chǎng)期間，多個(gè)節(jié)點(diǎn)可能同時(shí)進(jìn)行信號(hào)的傳輸，這兩個(gè)位場(chǎng)不宜參與信號(hào)質(zhì)量的評(píng)估，因?yàn)橛糜谠u(píng)估的波形應(yīng)該屬于同一個(gè)節(jié)點(diǎn)，這樣才能保證評(píng)估結(jié)果表征的是同一個(gè)節(jié)點(diǎn)；

• 僅對(duì)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)幀和擴(kuò)展數(shù)據(jù)幀且有完整波形的報(bào)文進(jìn)行評(píng)估，評(píng)估的波形為差分波形。

  信號(hào)質(zhì)量自動(dòng)化評(píng)估

以下是以ZLG致遠(yuǎn)電子的CAN總線分析儀進(jìn)行信號(hào)質(zhì)量評(píng)估的操作方法。

步，用CAN總線分析儀采集DUT一定數(shù)量的報(bào)文。

圖8 CAN報(bào)文采集

第二步，點(diǎn)擊報(bào)文菜單區(qū)的“信號(hào)質(zhì)量”圖標(biāo)，設(shè)置好參數(shù)后點(diǎn)擊“開始評(píng)估”按鈕。等待分析完畢后得到結(jié)果，如圖9。

圖9 信號(hào)質(zhì)量評(píng)估結(jié)果

軟件對(duì)評(píng)估結(jié)果支持多種分類和顯示方式，便于分析定位問題，充分利用該功能可以迅速地定位問題節(jié)點(diǎn)。如圖10是采集兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的通信報(bào)文進(jìn)行信號(hào)質(zhì)量評(píng)估的結(jié)果，節(jié)點(diǎn)1的報(bào)文ID段后一個(gè)字節(jié)均為0xF4，節(jié)點(diǎn)2的報(bào)文ID段后一個(gè)字節(jié)均為0x56。

圖10 多個(gè)節(jié)點(diǎn)的信號(hào)質(zhì)量比較

由信號(hào)質(zhì)量評(píng)估結(jié)果可以知道,節(jié)點(diǎn)2的信號(hào)質(zhì)量較差，需要采取一定的措施改善其信號(hào)的質(zhì)量，以保證通信的可靠性。

 總結(jié)

CAN總線電平信號(hào)的質(zhì)量評(píng)估檢測(cè)有助于排查總線故障，定位故障節(jié)點(diǎn)，從而改善及提升CAN總線系統(tǒng)通信的穩(wěn)定性。