攻克CAN 2.0/FD混合系統　全面測試排除故障(2)

全面測試的重要性

(承前文)CAN的仲裁和錯誤機制有助於在發生故障時讓系統保持現場運作。不過，透過設計系統以減少傳送和接收故障，可以讓操作效率更高。測試多種操作情境下所提議的系統，可在部署前識別和修復弱點。

一種常見的技術是透過使用函數產生器，將典型的操作標準資料訊框傳輸到收發器的TxD引腳，並檢查是否發生任何錯誤，以便測試所選的CAN收發器。這是對單一節點的合理測試，但卻不能準確代表具有長匯流排的多節點系統在現場的運作情況。複雜的系統可能出現的問題包括高頻操作期間電路殘段產生的反射和其他偽影(Artifact)，將在位元之間導入相移。

CAN的仲裁機制僅在位元同步時才能運作。如果位元到位元的相移超過單一位元傳輸時間的二分之一，則同步失敗，且不可能進行仲裁。

在以500Kbps至1Mbps運作的CAN 2.0傳統系統中，單一位元傳輸時間夠長，導致相移基本上很少成為問題。然而，由於CAN FD的傳輸速度較快，位元傳輸時間縮短，很容易出現相移問題。為了緩解此類挑戰，若要驗證設計，需要從測試單一節點轉向複製完整的終端系統，並在各種操作條件下進行測試。雖然這比基本測試更耗時、更昂貴，但跟應對現場故障和不滿的客戶相比，仍具有較低成本。

相移測試實際範例

若要瞭解相移測試在實務上的工作原理，可參考供應商提供以CAN收發器和CAN控制器設計的系統。節點連接到20m匯流排，該匯流排也支援許多其他節點，包括CAN 2.0和CAN FD元件。用於測試，節點的傳輸速度為13.3Mbps，相當於75ns的位元寬度。用於同步和仲裁，控制器以TxD位元寬度的80%進行取樣，因此需要0.8x75=60ns的最小RxD位元寬度，包括上升時間、下降時間和迴路延遲。測試元件產生48ns的TxD位元寬度，導致系統故障。

Analog Devices在替代CAN收發器MAX33012EASA+上執行相同的測試。此測試在75ns時測量TxD位元寬度，在72ns時測量RxD位元寬度。72ns位元寬度超出60ns的80%採樣時間要求，因此，此系統的同步和仲裁運作令人滿意。13.3Mbps的傳輸量比系統在目標應用中的傳輸量要快，這表示其能力夠強，可以在所有預期的操作條件下運作(圖5)。

內建故障排除有利測試

使用涵蓋故障偵測和報告功能的元件，可以讓測試週期更輕鬆且成本更低。MAX33012EASA+ CAN收發器等元件不僅可以快速顯現原型和預生產CAN電路的問題，也適合用於在即時控制系統部署中，重視快速故障排除的應用。

MAX33012EASA+是+5V CAN收發器，可解決過電流、過壓、傳輸故障等常見問題，並具有±65V的故障保護，適合需要過壓保護的應用。±25V的共模電壓範圍可在具有雜訊的環境(例如重型機械環境)中進行通訊。CANH和CANL輸出具有短路電流限制，並透過熱關斷電路，將驅動器輸出置於高阻抗狀態，防止功耗過高。MAX33012EASA+的工作速率達5Mbps，並可選擇將迴轉率降低至8V/μs，以便將電磁干擾(EMI)降至最低，並允許使用非屏蔽雙絞線或平行纜線(圖6)。

CAN收發器的故障偵測在通電時透過TxD傳輸100個由低到高的轉換(通常是一、兩個標準資料訊框，取決於使用的協定)來啟用。啟用故障偵測後，如果偵測到故障，則需要TxD上另外16個低到高的轉換來傳輸故障碼。最後，還需要10個脈衝才能清除故障。

連續10個週期RxD上的訊號與TxD不匹配時，將觸發「傳輸故障偵測」。例如，缺少兩個終端電阻時，或CANH與接地之間或CANL與VDD之間短路時，就會發生這種情況，導致差動訊號不符合規格。

Analog Devices提供CANbus介面Arduino平台MAX33012E評估板，可展示MAX33012E的功能。雖然該裝置具有Arduino擴充板的外形尺寸，但可用作獨立的評估板。

要確保多模CAN 2.0和CAN FD混合系統能在現場可靠運作，必須全面測試整體設計。然而，在偵測故障時，簡單的單節點測試並不足夠；這些故障隨後可能將因同步問題而導致現場故障，進而破壞技術的仲裁機制。採用內建故障偵測和報告功能的CAN收發器，將可簡化混合多節點CAN系統的初始測試和後續現場故障排除。

(本文作者為Digi-Key特約作家)

攻克CAN 2.0/FD混合系統　全面測試排除故障(1)

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