在CAN總線系統的設計中,物理層的延遲主要來源于收發器,它影響到系統的性能以及系統響應能力,過大的延遲會導致系統無法應用較高的波特率、總線位錯誤頻發、通信時序異常等,通過在線測量和評估CAN收發器的延遲時間,能在設計初期驗證系統的延遲參數是否滿足預期,也能用于驗證產品是否合符標準要求,確保設備物理層特性的一致性。
測量原理
ZPS-CANFD的收發器時序特性測量功能,主要是對CAN收發器的TX到CAN差分,CAN差分到RX通信回路相關延遲時間進行測量,包含的測量項目有:tLOOP、tBit(Bus)、tBit(RXD)、ΔtRec、tPHL_Tx、tPLH_Tx、tPLH_Rx、tPHL_Rx。其每個測量項目的定義,如表 1所列:
表1 測量項目介紹
測量項目 | 定義 |
tLoop | 指TXD到RXD的延遲時間,即收發器的環路延遲時間,包括tLoop1和tLoop2兩個測量項目,前者測量的是TXD下降沿30%處到RXD下降沿30%處的時間,后者測量的是TXD上升沿70%處到RXD上升沿70%處的時間。 |
tBit(Bus) | 指TXD端一個隱性位電平在差分總線的呈現長度,測量的是CANDIFF下降沿0.5V處到上升沿0.9V處的時間。 |
tBit(RXD) | 指TXD端一個隱性位電平經過總線返回RXD端呈現的長度,測量的是RXD上升沿70%處到下降沿30%處的時間。 |
ΔtRec | 指tBit(RXD)和tBit(Bus)的差值,即ΔtRec= tBit(RXD)- tBit(Bus)。 |
tpHL_Tx | 指TXD到CANDIFF隱性的延遲時間,測量的是TXD上升沿70%處到CANDIFF下降沿0.5V處的時間。 |
tpLH_Tx | 指TXD到CANDIFF顯性的延遲時間,測量的是TXD下降沿30%處到CANDIFF上升沿0.9V處的時間。 |
tpLH_Rx | 指CANDIFF隱性到RXD的延遲時間,測量的是CANDIFF下降沿0.5V處到RXD上升沿70%處的時間。 |
tpHL_Rx | 指CANDIFF顯性到RXD的延遲時間,測量的是CANDIFF上升沿0.9V處到RXD下降沿30%處的時間。 |
根據ISO11898-2-2016標準要求,以上測量項目的測量方法,如圖 1所示:即根據標準要求,需要在一幀報文數據中找到前面有5個連續顯性位的隱性位作為測量位置,然后再根據測量閾值進行相關測量項目的測量。

圖1 ISO11898標準中收發器時序特性項目測量方法
實測步驟
ZPS-CANFD集成了收發器時序特性測量功能,能對外部DUT的CAN收發器進行相關的測試,也能用于ZPS內部集成收發器參數進行自測和評估。本章節中的實測步驟,以外部收發器時序特性測量為例,進行相關的介紹。第一步,按照圖 2連接方式,將DUT的TXD、RXD、CAN信號分別和ZPS-CANFD的高速模擬通道DSO1、DSO2、CAN1 OUT連接;

圖2 外部收發器時序特性測量框圖
注:1、連線盡可能短,一般不超過35cm,這樣能降低容性負載對測量結果的影響。2、盡可能使用雙絞線或者屏蔽信號線,能提升信號質量減少擾動。第二步,打開ZView軟件,點開【CAN1】通道參數設置界面,設置波特率、終端電阻及工作模式等。注意,本測試必須將采樣比設置到最大值才能保證測量結果精度;

圖3 CAN參數設置
第三步,開啟“CAN1”通道;
圖4 CAN1通道開啟
第四步,點擊【分析】菜單,打開【收發器時序特性測量】功能,然后先進行相關參數的設置。例如對DUT的收發器進行時序特性測量時,需要將收發器選擇為“外部收發器”,同時TX、RX的上升/下降閾值需根據DUT收發器手冊要求設置,以確保測量結果的準確性;

圖5 外部收發器時序特性分析參數設置
第五步,點擊“下一步”,然后再點擊“開始”按鈕,即可測量出所有測量項目的結果,如圖 6所示。
結果是否符合預期,可對比對應的收發器手冊中相關參數的標定范圍。

圖6 結果展示
總結
ZPS-CANFD是適用于CANFD、CAN、LIN總線的測量測試儀器,支持總線數據的發送和接收,高層協議解析及診斷,能對CANFD、CAN總線物理層電氣信號實時采集和記錄,并附帶有高速模擬通道、通用數字IO及模擬IO,通過提供的硬件接口及軟件功能,用戶能夠便捷地構建總線信號測量與分析、節點功能仿真及測試、網絡可靠性診斷及評估等。
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