CAN FD升级会缩短通讯距离？

CAN FD允许最大64字节数据帧，并且数据段部分的传输速率高达5Mbit/s。那么，CAN FD升级之后，通讯距离是否会缩短呢？本文带你一起探讨。

CAN FD继承了CAN总线的主要特性，提高了CAN总线的网络通信带宽，改善了错误帧漏检率，同时可以保持网络系统大部分软硬件特别是物理层不变。CAN FD采用了两种方式来提高通信的效率：

 ●  可变以及更高的数据传输速率: 从控制场中的BRS位到ACK场之前（含CRC分界符）为可变速率。CAN FD数据段的传输速率最大可达5Mbit/s，但为了保证总线的健壮可靠，仲裁段（ID和ACK）保持不变，采用原CAN总线用的速率（最高1Mbit/s）。注意：两种速率各有一套位时间定义寄存器。

●  新的数据场长度：每帧可达64字节的数据长度可以减少报文数量降低总线负载率。

一、波特率与通讯距离的关系

众所周知，波特率与通讯距离成反比。既然CAN FD能够提高波特率，是否通讯距离会缩短呢？在相同条件下，提升波特率通讯距离必然减小。波特率指的是CAN波形中最小位宽时间的倒数。

下表为在现场环境下测出的波特率与通讯距离的关系。表中可以看出，相同条件下波特率增大，通讯距离将变短，并且跟终端电阻也有一定的关系。

表1  距离与波特率的关系表

在理想条件下，通讯距离（m）等于50000除以波特率（kbps），但是在现场环境中，由于各种干扰的存在，实际通讯距离将大打折扣，实际通讯距离可能是理想值的百分之70，甚至更低。所以，影响通讯距离的因素不只是波特率，还有现场环境以及CAN网络布局等。CAN FD升级之后，在同等条件下，若提高波特率，通讯距离必然减小。按照上面的公式，如果波特率达到5M，实际通讯距离为7m或者更短。所以一般只有板间通讯才会选择5M波特率，那么该选择多大的波特率呢？下面来说说CAN FD升级之后，波特率（位时间）与终端电阻对整个CAN FD网络的影响。

二、CAN FD波形分析

采样点和容忍度是评价CAN节点适应性的重要因素，容忍度表示波特率范围（位时间范围），位时间与波特率成倒数关系，波特率太大则位时间变小，在一定程度上会导致接收节点采样出错。下面以5M数据波特率来分析CAN FD的波形质量，下图为双120欧终端电阻情况下，5M数据域的波形，位时间200ns、幅值2V。

首先来看看在上述波形中稳定电平的时间，如下图可以看出稳定电平时间为140ns。也就是说上升沿加下降沿的时间总共为60ns，理想情况下，上升沿时间是30ns，按照边沿极限值12%计算，实际算出来的位时间=30/0.12=250ns，对应的传输波特率就=1/250ns=4M波特率。     

如果按照7%的边沿时间为安全值来计算，实际的位时间=30/0.07约等于420ns，相对应的传输波特率=1/420ns约等于2.3M。所以想要实际在工况下稳定可靠传输，数据端波特率在2M左右比较合理。

另外，CAN节点的电容会影响整个网络的电容，电容越大边沿越缓会导致位采样错误。下图分别是500pF电容引入后的下降沿——180ns和1000pF电容引入后的下降沿——260ns，而前面的实验中，CAN FD在5M数据波特率的情况下的位时间才200ns。

所以，CAN FD对于边沿非常敏感，CAN FD加速后，位宽度时间非常紧张，在实验中，5Mbps数据波特率，双120欧终端电阻情况下，加入500pF电容后即无法正常通讯，正常线缆电容在40-70pF/m，相当于加入10米线缆，肯定无法通讯。故在现有线缆条件下的网络升级，建议CAN FD数据段不提速，或者至多提高1倍，并且需要通过减小终端电阻加快放电速度的方法减小下降沿的影响，但是信号幅值会降低（牺牲幅值法），最多并5个120欧电阻，否则差分幅值将掉到不确定区域。CAN FD加入了回环延时补偿手段也无法解决下降沿的问题。

三、CAN FD的快速升级

● 需要使用支持CAN FD协议的MCU或控制器，还要选取新的网络调试和监测工具：CAN FD作为CAN2.0的升级，可以向下兼容CAN2.0标准，即CAN FD节点可以接收传统CAN节点的数据，但传统CAN节点则无法正确接收CAN FD报文。因此，既含有CAN FD节点，又含有传统CAN节点的总线上，只能使用传统格式的CAN报文。

● 需要支持更高的传输速率的收发器，若设计的CAN FD节点的最高速率5Mbit/s，则收发器的传输速率也必须达到此数值。ZLG致远电子推出的CAN FD隔离CAN收发器CTM5MFD、CTM3MFD，是CAN FD隔离应用的理想解决方案。