挂在嘴边的CAN接“地”,你真的会了吗?

发布日期:2022-09-05 浏览次数:29


【前言】

搞总线的,都知道总线要接地,接哪个地,怎么接,很多人都是一头雾水,甚至有很多人都不清楚有几种地,而CAN总线以其高可靠性、实时性、灵活性以及严谨的数据处理机制等特点,在自动化行业得到广泛应用,但随着环境干扰以及节点数目的增加等对CAN总线的稳定性提出更高的要求,而面对电源地、信号地、屏蔽地、外壳地不同的接地方式又该如何处理呢?

【四种地】
 
通常人们一说到地,都会想到电源地,信号地,外壳地,却并不清楚屏蔽地,以下就是四种地的常见符号,大家可千万不要搞错了!
 
图1 四种接地符号
 
【电源地(GND)】
 
电源地概念:电源地也为供电地,是为保证供电电源形成完整的电流回路设置的供电地,即GND。
电源地处理:与单电源供电的负极相连。
以下为CAN收发器电源地(GND)接线:
 
图2 CAN收发器电源地(GND)接线

【信号地(CAN-GND)】
 
信号地概念:
 
信号地也称为隔离地,为使电子设备工作时有一个统一的参考电位,避免有害电磁场的干扰,使设备稳定可靠的工作,设备中的信号电路统一参考地,即CAN-GND;
 
信号地处理:
 
许多实际应用中,设计者常直接将每个节点的参考地接于本地的大地,作为信号的返回地,看似正常可靠的做法,却存在极大的隐患!
 
信号地(CAN-GND)正确的接法主要分为两种:
 
单屏蔽层线缆:如果线缆是单屏蔽层,信号地理想接法是使用专门的信号线将所有节点信号地连接,起到参考地的作用。但如果缺少信号地线,亦可将所有节点信号地都连接到屏蔽层,但这样屏蔽效果亦差强人意。
 

图 3 带有屏蔽层双绞线


 

图 4 含信号地线双绞线连接方式 


 

图 5 信号地与屏蔽层连接方式


 
双屏蔽层线缆:当使用双层屏蔽电缆时,需要将所有节点信号地连接到内屏蔽层,若使用非屏蔽线进行数据传输时,请保持信号地管脚悬空处理。
 

图 6 双屏蔽层信号地处理方式


 
所有节点信号地接到屏蔽层或者双屏蔽层的内层后,屏蔽层处理方式注意为单点接地,不可多点接地,否则会在信号地线上形成地环流。
另外,单点接地时为了加大供电地和信号地之间的隔离电阻,阻止共地阻抗电路耦合产生的电磁干扰,注意采用隔离浮地设计,通过阻容方式将屏蔽层与外壳隔离。
 

图 7 未进行单点接地处理的报文受到电磁干扰


 
【屏蔽地(CAN-Shield)】
 
屏蔽地概念:
 
屏蔽地(CAN-Shield)也可理解为CAN屏蔽层,部分场合也标为FG。导体外部有导体包裹的导线叫屏蔽线,包裹的导体叫屏蔽层,一般为编织铜网或铜泊(铝),屏蔽层需要接地处理,保证外来的干扰信号可被该层导入大地。
 
图8 单屏蔽层和双屏蔽层电缆剖析
 
屏蔽地处理:
 
当使用双层屏蔽电缆时,CAN-Shield连接到外屏蔽层和DB9连接器的屏蔽壳。并且,使用DB9针式连接器时外屏蔽层会被连接到pin 5以保证当使用没有屏蔽连接的连接器时,可靠的接地。
 
多节点总线同样要求屏蔽地采用单点接地,防止形成回路,并且为浮地设计。
 
如下图9所示处理方式,CTM1051模块3脚为屏蔽地,5脚为信号地。
 

图9 双屏蔽层线中信号地、屏蔽地处理方式
 
 
【外壳地】 
 
外壳地概念:
 
静电的电荷集聚在物体的表面,一旦遇到可以释放的回路就可以形成电流。有时候产生的电压非常高,特别是在干燥的环境里。电子产品的外壳地就是用来快速地将电荷释放到大地。
 
外壳地处理:
 
外壳接地既是对人体安全的保护,也是防干扰的一种手段,因为一般情况下机壳是金属的,是非常好的屏蔽体,绝大部分辐射干扰都可以阻挡在机壳之外。通过地线引入的干扰(也叫共阻抗干扰),处理方法一般采用地线隔离技术,在外壳接地时接入阻抗,加入滤波等。
 

图10 信号地、屏蔽地、外壳接地连接推荐电路


 
【结尾的话】
 
不看不知道,原来接地有这么多的讲究,接地原来如此重要,以后再进行总线设计,还敢不接地吗?