1131 字
6 分钟
CAN 总线物理层调试基础知识
1. 引言
控制器局域网络（CAN, Controller Area Network）凭借其卓越的稳健性和多主架构，已成为汽车及工业自动化领域的标准通信协议。然而，CAN 总线的物理层设计往往是初学者最容易出错的地方——阻抗匹配不当、位时间（Bit-time）配置错误或共模干扰，都可能导致通信完全中断。本文将从工程实战角度出发，分享一套标准化的 CAN 物理层调试流程。
2. 调试工具箱
工欲善其事，必先利其器。调试 CAN 总线需要以下“三剑客”：
- 数字万用表 (DMM)：用于静态检查阻抗、导通性及节点供电。
- 示波器 (Oscilloscope)：要求带宽至少 20MHz，支持差分计算或具备差分探头，用于观察眼图及边沿质量。
- CAN 接口分析仪（可选）：如 USB-CAN 卡，用于在物理层波形确认后进行协议层数据分析。
3. CAN 物理层电平：核心原理解析
CAN 总线采用差分信号传输。理解“显性（Dominant）”与“隐性（Recessive）”电平是调试的关键。
- 显性电平 (Logic 0)：收发器内部 MOSFET 导通，CANH 引脚拉高，CANL 引脚拉低。典型的差分电压 。此时总线具有抗干扰能力。
- 隐性电平 (Logic 1)：收发器处于高阻态，总线电位由电阻钳位至 。此时差分电压 （规范要求小于 0.5V）。
4. 静态检查：阻抗与连接（断电操作）
在上电前，必须进行静态测量：
- 终端匹配检查：
- 测量方法：使用万用表测量总线两端的 CANH 与 CANL 之间的电阻。
- 标准值：CAN 总线要求两端各接一个 120Ω 电阻。理想阻抗应为 。
- 典型偏差：若实测为 ，说明漏接了一个终端电阻；若实测远小于 ，则可能存在短路或节点内部集成了冗余电阻。
- 导通性检查：确认 CANH 对 CANL、以及两者对地（GND/Shield）没有短路。
5. 动态检查：电源与收发器信号（上电操作）
确认接线无误后，进行上电检查：
- 供电测量：确保收发器的 VCC 引脚在 5V（或 3.3V）±5% 范围内。注意检查电源纹波，过大的纹波会通过共模方式耦合到总线上。
- TXD 驱动能力：
- 案例分析：如果示波器显示 TXD 引脚上升沿极慢（例如超过 1µs），会导致位时间采样偏移。
- 对策：检查 MCU 引脚是否配置为开漏输出？通常需要配置为推挽输出或添加 4.7kΩ 外部上拉电阻。
6. 示波器波形调试实战
将示波器探头分别接在 CANH 和 CANL 上，并使用减法功能（Math: Ch1 - Ch2）观察差分波形。
6.1 观察关键点：
- 幅值：显性差分电压是否稳定在 之间？
- 边沿过冲：如果边沿存在严重的振铃（Ringing），说明电缆阻抗不匹配或分支（Stub）过长。
- 地偏移：检查模拟地与总线参考地之间是否存在巨大的共模电位差，这可能导致收发器进入保护状态。
6.2 ACK 位——诊断的捷径：
在 CAN 协议中，发送方在发送完数据后会释放总线，等待接收方回复一个“显性”ACK。
- 如果你在示波器上看到 TXD 发出了完整帧，但 RXD 始终没有收到正确的响应，或者 ACK 位处电平异常，通常意味着波特率不匹配或节点连接异常。
7. 常见问题排查清单
| 故障现象 | 可能原因 | 解决方法 |
|---|---|---|
| 总线报 Error Counter 错误 | 终端电阻缺失 | 确保总线两端各有 120Ω 电阻 |
| 信号反射严重/振铃 | 分支线（Stub）过长 | 缩短节点连接线，或降低波特率 |
| 通信偶尔中断 | 共模干扰或地电位差 | 使用屏蔽双绞线，或更换隔离型 CAN 收发器 |
| 无法进入显性电平 | 收发器处于 Standby/Silent 模式 | 检查芯片的 STB 或 EN 引脚电平配置 |
8. 总结
CAN 物理层的调试应遵循“先静态、后动态、由本地到整体”的原则。80% 的 CAN 通信故障都源于终端电阻不匹配或物理连接质量。通过示波器观察差分波形的质量，是定位隐蔽硬件缺陷（如阻抗不连续、驱动能力不足）的唯一可靠手段。
CAN 总线物理层调试基础知识
https://hw.rscclub.website/posts/tislyt529/