技术文章—论隐性及显性通信电压阈值测试的重要性

摘要：为什么每个厂家在产品投入使用前，都必须要进行CAN节点DUT的输入电压阈值测试呢？因为CAN 总线设计规范对于CAN节点的输入电压阈值有着严格的规定，若不符合规范，则组网后容易出现各节点间出现通信故障。

是否遇到过这种情况，CAN节点设备在实验室测试通信正常，当挂在现场总线上就出现CAN通信故障。那可能由于节点电路设计不规范导致，当差分显性幅值处于0.9V临界值左右时，CAN节点可能因为现场干扰导致幅值下降至0.9V以下，甚至0.5V以下，造成位翻转，导致CAN总线错误，如下这种情况：

之前遇到用户反馈说自己的设备在实验室测试时出现大量的错误报文，经过帧统计成功率只有26.44%，如图1所示。

图1 帧统计截图

经过测试他的报文波形，发现他的信号幅值非常低！这会严重导致位识别出错，出现通信故障，如图2所示。

图2 报文波形截图

排查故障发现，该客户各个节点都挂有终端电阻，终端电阻阻值很小，幅值被拉低，导致无法正常通信。经过整改，终端电阻减少为两个，挂在总线最两端，报文通信成功率达到100%，效果如图3所示。

图3 帧统计截图

报文波形图如图4所示。

图4 报文波形截图

所以测试通信电压阈值显得尤为重要！

通信电压阈值测试一般是使用 ISO 11898-2 输入电压阈值标准，具体如表 1所示。

表 1  ISO11898-2输入电压阈值标准

一、隐性通信电压阈值测试

1. 测试原理

CAN节点集成电路协议设置为总线空闲时，可检测到的隐性位输入阈值应通过图 5的电路测量。其中 I 的值是指可以产生使节点在隐性状态下检测到隐性位的最大差分输入电压的电流值。电压源 U 的电压为：

V=V CAN_H 在隐性状态下最小的共模电压

V＝V CAN_H 在隐性状态下最大的共模电压最大值-V diff 在隐性状态下的最大值

图5  ISO11898-2隐性通信电压阈值测试原理

1. 测试方法

致远电子自主研发的CAN一致性测试系统输入电压限值测试配置图如图6所示：

图6  输入电压限值测试系统配置图

对于合格的DUT，应能正确识别达到限值的总线隐性/显性状态。通过把总线电平（U3）调整到隐性上限值(0.5V)，分别通过U2将CANH对地电压拉高至6.5V和拉低至-2V情况下测试，通过CANScope分析DUT能否正常发送报文可判断DUT在相应的隐性限值条件下能否正常识别。

1. 测试步骤

如系统配置图连接状态，DUT和CANScope正常通信，并确保总线空闲；

断开电压源U2（共模电压调节电源），调节电压源U3（差分电压调节电源），使空闲时刻Vdiff为0.5V

接入电压源U2并分别在输出电压为6.5V和-2V情况下测试；

CANScope侦测DUT是否发送了错误报文(持续监控1min) ，若无，则测试通过。

二、显性通信电压阈值测试

1. 测试原理

一个CAN节点检测到显性位输入阈值的测量方法见图7，此节点应该循环发送数据。其中 I 的值是指可以产生使节点在隐性状态下检测到显性位的最小差分输入电压的电流值。电压源 U 的电压为：

V=V CAN_L 在显性状态下最小的共模电压

V＝V CAN_L 在显性状态下最大的共模电压最大值-V diff 在显性状态下的最大值

图7  ISO11898-2显性通信电压阈值测试原理

1. 测试方法

ZLG立功科技-致远电子自主研发的CAN一致性测试系统输入电压限值测试配置图如图8所示：

图8  输入电压限值测试系统配置图

对于合格的DUT，应能正确识别达到限值的总线隐性/显性状态。通过把总线电平（U3）调整到显性下限值（0.9V），分别通过U2将CANH对地电压拉高至6.1V或拉低至-2V情况下测试，通过CANScope分析DUT能否正常发送报文可判断DUT在相应的显性限值条件下能否正常识别。

1. 测试步骤

如系统配置图连接状态，DUT和CANScope正常通信；

断开电压源U2（共模电压调节电源），调节电压源U3（差分电压调节电源），使空闲时刻Vdiff以0.1V步进从0.5V增大到0.9V

接入电压源U2并分别在输出电压为6.1V或-2V情况下测试；

CANScope侦测这个过程中DUT是否发送了错误报文(持续监控1min)，若无，则测试通过。

三、测试结果

CANDT对DUT每项会进行上百次测试，将截图与测试结果可自动导出测试报表，如图9所示：

图9  CANDT测试结果报表截图

四、总结

当前行业的技术现状是通过外接电压源、电流源等外围设备，手动完成测试，主要有接线复杂、环节多、测试效率低还并不能保证测试数据的准确性缺陷，ZLG的全自动CAN一致性测试系统—CANDT，就很好地解决了这些难题。不仅测试流程完全遵照ISO 11898标准，同时还能一键自动完成所有测试，并且自动导出详细的测试报告。