Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Search our partners

Find the latest content on electronic components. Datasheets.com
Elektroda.pl
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Jak prawidłowo należy ekranować magistralę CAN?

jari17 15 Jun 2021 22:22 1185 20
Computer Controls
  • #1
    jari17
    Level 6  
    Witam,
    poszukuję informacji jak prawidłowo należy ekranować magistralę CAN.
    Czy ekran powinien być z dwóch stron podłączony do masy czy tylko z jednej?
    Czy należy jakoś oddzielić tą masę od uziemienia?
    [28-30.06.2022, targi] PowerUP EXPO 2022 - zasilanie w elektronice. Zarejestruj się za darmo
  • Computer Controls
  • #2
    NIXIE_123
    Level 33  
    Tylko po co? Can zaprojektowano tak aby był odporny na zakłócenia. Odbierana jest różnica napięć w dwóch żyłach skręconych ze sobą. Zakłócenia nanoszą się na oba kable tak samo więc nie wpływają. Jak rozkręcisz tracisz "ekran"
  • #3
    tzok
    Moderator of Cars
    Jak już ekranujesz, to ekran musi być uziemiony z obu stron. Masa może być połączona z uziemieniem.
  • Computer Controls
  • #5
    Hektar Zahle.r
    Level 27  
    Ekranowany CAN nie musi być uziemiony z obu stron. Ekran jest głównie po to żeby linie pól były zamknięte wewnątrz lini koncentrycznej. I odwrotnie tzn. żeby pole np. zakłóceń komutacyjnych nie przenikały do lini symetrycznej. To nie kabel audio. To jest w.cz
    i całkowicie inne zasady. Zakłócenia i niska impedancja swoją drogą. Właściwości linii symetrycznej swoją drogą. Jak nie masz pojęcia o czym mówię radzę odpuść temat. Bo widze że już sie pchasz w ground loopy. Moim zdaniem to nie dla Ciebie.
  • #6
    tzok
    Moderator of Cars
    Ale pytasz o samochód, tam masą jest nadwozie i rezystancja takiej masy jest jest znacznie mniejsza niż rezystancja oplotu ekranującego, nie ma więc ryzyka, że pomiędzy końcami ekranu podłączonymi do masy powstanie różnica potencjałów.
  • #7
    Hektar Zahle.r
    Level 27  
    Już w tym momencie temat powinien być w koszu. Rezystacja CAN w nawiązaniu do ekranu i zakłóceń. Dziś na pewnej grupie FB ktoś napisał, że wiekowe utządzenia RLC są lepsze, niż współczesne RC. I taki jest ten temat. Obaj gadacie od rzeczy o ekranowaniu w.cz. Już samo zestawienie rezystancji do zależności falowych sygnału w.cz. jest zbrodnią samą w sobie.
  • #8
    tzok
    Moderator of Cars
    W Ethernecie, w specyficznych warunkach środowiskowych wykorzystuje się przewody STP, czyli ekranowane, choć co do zasady skrętka ekranowania nie wymaga. Przewód STP musi być uziemiony z obu stron, w przeciwnym razie ekranowanie jest przeciwskuteczne. Ethernet ekranuje się przed polami EM. Obwody CAN mają budowę bardzo zbliżoną do Ethernet, więc nie widzę powodu aby miało tu być inaczej. Na pewno jest źle kiedy ekranem płyną prądy wyrównawcze. Z kolei jednostronnie uziemiony ekran działa jak antena. Oczywiście zjawiska falowe w obwodach w.cz. to nie moja specjalność, nie będę udawał że jest inaczej. Nigdy mnie to nie interesowało, nie jestem projektantem. Mądrzejsi ode mnie stworzyli instrukcje jak postępować i się ich trzymam.
  • #9
    Hektar Zahle.r
    Level 27  
    Schemat ground loopa jest bardzo prosty. Działa jak ujemne sprzężenie zwrotne w stabilizacji prądu zasilaczy powszechnego użytku. Jak mamy niezbyt dobrze uziemiony kabel po obu stronach, to wtedy takie "słabe" uziemienie wchodzi w korelację z odcinkiem tego kabla, a ściślej linii transmisyjnej, w ten sposób, że na całej długości tej lini oraz na całej długości uziemienia tworzy się dzielnik napięcia. Dlaczego na całej długości przewodu, zarówno kabla linii oraz całej długości uziemienia odkłada się napięcie w.cz. ? Przecież oba przewody mają rezystancję bliską zero, to i spadek napięcia bliski zero być powinien, a nie jest. No właśnie ? Odp: ponieważ dla prądów w.cz. odcinek przewodu jest.... cewką . I tworzy się wysoka impedancja Z. Orientacyjnie rozrzut tej impedancji będzie od zera do kilku kilo ohm. Dla przykładu, ponieważ średnica do długości przewodu jest znaczna, to metr odcinka "zwykłego" przewodu posiada impedancję ok 300 ohm. Masywna karoseria samochodu blisko zero ohm. Żeby ground loop powstał taki spadek odłożony musi zostać po obu stronach. Powstaje "loop", czyli pętla, wewnątrz której generowane są "obce" niepożądane zniekształcenia. Wysoka impedancja Z przewodów sprzyja odłożeniu się (względnie) wysokich napięć wewnątrz pętli, mamy spełniony warunek amplitudy i jest to bardzo często spotykane. Lecz warunkiem generacji jest dodatkowo zgodność fazy i tutaj jest to już rzadko spotykane, gdy na wejściu [Rx] transceivera sygnał ma idealnie przeciwną fazę co do wyjścia [Tx] transceivera, wówczas oba napięcia się sumują, skutkiem czego popłynie prąd zniekształceń wewnątrz pętli i mamy ground loopa. Jest to równoznaczne ze wzbudzeniem. I z technicznego pkt. widzenia można porównać taką pętlę do generatora.


    Ten obrazek ładnie symbolizuje spadki napięć: Vout = V2 - Vg. Tzn., że sygnał wyjściowy Vout na odcinku linii (niewidoczny na schemacie R2) równa się sygnał źródła V2 - (minus) napięcie zniekształceń Vg. Działa to również w drugą stronę, tzn. sygnał wejściowy odcinka R1 (niewidoczny na schemacie Vin) równa się sygnał obciążenia V1 - (minus) napięcie zniekształceń Vg. Jest to schemat tzw. zastępczy, bowiem na schemacie ideowym do rezystora Rg źródło zniekształceń Vg powinno być oznaczone w połączeniu szeregowym stanowiąc generator zniekształceń.

    Ku ścisłości.

    Przy prądach w.cz. takich jak CAN wszystkie R z tego schematu należy traktować jak impedancje Z w ten sposób, że:

    - R1 symbolizuje impedancję Z1 odcinka przewodu po stronie odbiorczej Rx (lub odwrotnie)
    - R2 symbolizuje impedancję Z2 odcinka przewodu po stronie nadawczej Tx (lub odwrotnie)
    - Rg symbolizuje impedancję Zg uziemienia

    Co ważne źródłem zniekształceń może być zniekształcony sygnał pożądany (czyt. transmitowany) jak i obce zakłócenie, np. przydźwięk sieci 50Hz, lub od cewki zapłonowej.

    Jak prawidłowo należy ekranować magistralę CAN?


    Na tym obrazku ładnie widać źródło zakłóceń Vg w pętli. Ponieważ, jak wyżej (pomimo niemal zerowej rezystancji R oplotu/ekranu kabla koncentrycznego), przez jego względnie dużą oporność falową Z rzędu kilkadziesiąt do kilkuset ohm, tzn. poprzez zależność, że długi odcinek luźnego przewodu od strony RLC jest cewką i jest złym przewodnikiem prądów wysokiej częstotliwości, źródło zniekształceń w pętli ground loop wtrąca zniekształcenia o znacznej amplitudzie, które mają szereg degradacyjnych własności na transmitowane komunikaty.

    Jak prawidłowo należy ekranować magistralę CAN?

    W "normalnych" warunkach ( tj. jak mamy stan dopasowania bez odbić falowych) napięcie Vin (tj. wejścia Rx) oraz napiecie Vout (tj. Tx) mają te same wartości po obu stronach. Różnica wynosi zero, interferencji brak. W przypadku odbić, gdy mamy uszkodzone łącze, nieodpowiednie terminatory, uszkodzony sterownik, napięcia będą się różnić i na skutek interferencji odbić falowych powstaną zakłócenia. Powstaną błędy typu P0600 zakłócenia CAN. Ground loop działa inaczej, ale powodem przesunięć fazowych wejścia Rx co do wyjścia Tx skutkuje interferencją dokładnie tak jak na skutek niedopasowania. W transmisji zerojedynkowej nie sposób wywołać znacznych przekłamań w ten sposób. Osobiście w swojej praktyce jakoś tego nie odczułem. Ale za to w "analogu" może mieć kolosalne znaczenie. I tak np. arcy często z winy gównianych przewodów mamy ground loopa w radiu czy telewizorze.


    Dodano po 4 [minuty]:

    NIXIE_123 wrote:
    Zakłócenia nanoszą się na oba kable tak samo więc nie wpływają.
    Jako ciekawostka również z uwagi na to, że mają tę samą długość, obie żyły mają wręcz idealnie te same parametry RLC. Niestety to dziala, ale w pewnych ustalonych granicach, bo nie zabezpieczysz takiej linii na sto procent zakłóceniami o znacznym natężeżeniu. Np. od pompowyrysków, bo autentycznie w Scani miałem taki przypadek. Niezawodność CAN jest bardziej zasługą protokołu i prędkości przechwytywania/powtarzalności pakietów. Np. mało kto wie żeby został wygenerowany P0600 musi być wywołane osiem razy pod rząd to samo zakłócenie. In. Słowy prędkość transmisji jest tak duża, że sterownik master zdąży jeszcze siedem razy odpytać slave-a żeby (na czas braku zakłóceń) powtórzył on komunikat i nic się nie stanie. I tak np. jak masz 2x błąd P0600 tzn., że było co najmniej 16 razy (tj. 2x8) pod rząd powtórzone dokładnie to samo zakłócenie. Wobec tego logicznie rozumując jest to wielce nieprawdopodobne i w ten sposób CAN jest w głównej mierze zabezpieczony protokołem. Co ciekawe niektóre pojazdy (np. Volvo) sprawdzają obecność sterownika real-time nadając ciągle i uporczywie non stop ramkę o nazwie "komunikat domyślny" i w razie utraty komunikacji natychmiast jest generowany błąd. Ci jeszcze ciekawsze, jak mało kto, Volvo rozróżnia kilka rodzajów zakłóceń. Praktyka pokazuje niezgodność napięć na liniach CAN-H i CAL-L w sytuacjach awaryjnych i odwrotnie. Jest to z jednej strony pozytywne, bo system mimo złych parametrów nadal pracuje. Z drugiej strony wielce problematyczne, bo utrudnia diagnozę usterek. I nie przywiązywał bym do udoskonalania tego łącza większej uwagi, jak tylko w celach hobbystycznych, bo CAN jest w głównej mierze zabezpieczony protokołem.

    Słowem uziemienie ekranu skrętki jest okej pod warunkiem, że jest skuteczne jako niskoimpedancyjne uziemienie z obu stron. Widać to dosyć często po czujnikach na silniku w samochodzie jak ekran jest podłączony tylko na schemacie, bo najważniejsze żeby linie pól skrętki były zamknięte wewnątrz linii koncentrycznej. Z uwagi na to, że linia koncentryczna na całej swojej długości jest jednolita (przy czym jej impedancja jest bez znaczenia) to sprzyja temu, że pole skrętki wewnątrz ekranu jest idealnie niezmienne, nie koliduje z polem pozostałych przewodów we wiązce i to jest najważniejsze. Sprawa ochrony zakłóceń przez ekran ma drugorzędne znaczenie.
  • #10
    tzok
    Moderator of Cars
    Nie należy też zapominać, że pomiędzy skrętką, a ekranem występuje pojemność, a zatem impedancja, między przewodami sygnałowymi, a masą. Ekranowanie skrętki zwiększa zatem jej tłumienie dla sygnałów w.cz. (z impedancji szeregowej przewodów i impedancji tychże do masy powstaje filtr d.p.).

    W Ethernecie stosuje się dwa rodzaje ekranowania - jedno, o którym wspominałem - STP to zewnętrzny ekran kabla, drugie to FTP, czyli ekrany (wykonane z metalizowanej folii) wokół każdej skręconej pary. Ich przeznaczenie jest różne, co zostało wytłumaczone w powyższym poście. Tego typu ekran ma wpływ jedynie na pole elektryczne, nie oddziałuje na pola magnetyczne lub inaczej na składową magnetyczną pola EM, bo te dwa pola są ze sobą powiązane. Ten ekran będzie spełniał swoją funkcję przy jednostronnym uziemieniu (a w pewnym zakresie nawet bez niego).

    Piszę o Ethernecie, bo jak wspomniałem nie jestem fizykiem, więc wzoruję się na tym jak "inni to zrobili".
  • #11
    Hektar Zahle.r
    Level 27  
    Pojemność koncentryka nie powoduje tłumienia, tylko przesuwa punkt dopasowania impedancji w górę, lub w dół, między węzłami sieci, o wartość marginalną na tych częstotliwościach. Jeżeli o to chodzi, to tylko upływ izolacji wtrąca tłumienność, stan techniczny kabla, jakość wykonania, korozja, wilgoć.
  • #12
    tzok
    Moderator of Cars
    Myślę, że oddam głos mądrzejszym odemnie:
    https://picture.iczhiku.com/resource/paper/ShkSYqIspKsYEnvm.pdf - dobre wyjaśnienie zjawisk, z modelami i eksperymentalnym potwierdzeniem.

    Swoją drogą - jak weźmiesz 100 m skrętki UTP i STP, w jedną i drugą "wpuścisz" prostokąt 10 MHz, to na drugim końcu UTP będziesz nadal miał mniej-więcej prostokąt, a na STP będzie to praktycznie sinus. Więc o ile ta pojemność nie ma wielkiego wpływu na tłumienie częstotliwości użytecznych, to już na wyższe harmoniczne ma.
  • #13
    WPX2
    Level 20  
    Podstawowe pytanie to gdzie miał by być zastosowany ten ekranowany CAN?
    Jeśli w aucie, to mogę autora postu zapewnić, że od lat projektuję urządzenia w oparciu o magistralę CAN i ekranowanie kabla jest zbędne.
    Bez problemu przechodzą podczas badań homologacyjnych narażenia polem o wartości 30V/m, nie ma też problemu z emisją.
    W eksploatacji również nie spotkałem się z problemami od strony zakłóceń.
    Jedyny warunek to elektronika zaprojektowana zgodnie ze sztuką i wskazówkami producenta IC CAN.
  • #14
    jari17
    Level 6  
    Dziękuję wszystkim za wskazówki.
    CAN ma być wykorzystany w pojeździe mobilnym, który ma przejść badania EMC.
    Wykorzystuję protokół CANOpen. Niestety magistrala zacina się co jakiś czas i zastanawiam się co źle robię...
    Podejrzenie padło na ekrany. Obecnie łączę je z dwóch stron i w stewniku (lub czujniku) gdzie pisze CAN_GND. Czy słusznie?
    Czy pin CAN_GND charakteryzuje się jakąś separacją specjalną? Multimetr wskazuje, że jest przejście między CAN_GND a zwykłym GND.
    Oprócz tego, że skrętka CAN ma kabel ekranowany to wchodzi ona jeszcze w skład wiązki kablowej, która jest uziemiona na wszystkich odnogach (obudowy i złącza są metalowe).
    Jakie mogą być jeszcze przyczyny?
  • #16
    jari17
    Level 6  
    Tak mam dwa rezystory 120Ohm, kabel oczywiście skrętka ekranowana
  • #17
    WPX2
    Level 20  
    W takim razie podejrzewam problemy z oprogramowaniem.

    Natomiast jeśli to jest pojazd mobilny elektryczny, to prądy w przewodach zasilających silniki mogą chwilowo sięgać kilkuset amperów. Wtedy rzeczywiście pole może przekroczyć 30V/m i stanowić problem.

    Dla pewności odłącz obecną linię CAN i podłącz luzem nie ekranowanym przewodem z dala od innych instalacji.
  • #18
    Hektar Zahle.r
    Level 27  
    Wytłumaczyłem Ci to najbardziej przystępnie jak tylko się da i dalej popełniasz [podkreślam] zbrodnię chcąc mierzyć ekran na przejście zwykłym miernikiem. Sory bardzo, bo masz wątpliwe podstawy elektrotechniki RLC i tu masz problem. Mając dany odcinek przewodu jest on na całej długości dla prądów w.cz. cewką o małej (a wręcz znikomej) indukcyjności rzędu nH (tylko specjalistyczne mierniki mają taki zakres), lecz na tyle dużej żeby stanowić przeszkodę dla prądów wysokiej częstotliwości rzędu kilkaset kHz i w górę. Istnieją nieliczne multimetry z pomiarem impedancji Z na tych częstotliwościach (tj w tym paśmie). Nie chce nikogo obrażać, bo pewnie to nie Twoja specjalność, ale z taką wiedzą elektrotechniczną uczeń mojego technikum ZSEL wylatuje na zbity pysk. Prościej wytłumaczyć się nie da.

    Dodano po 15 [minuty]:

    WPX2 wrote:
    .
    W eksploatacji również nie spotkałem się z problemami od strony zakłóceń.
    Bo testowane przez Was linie są w 100% sprawne. W rzeczywistości wystarczy wpisać w wyszukiwarkę na elce hasło zakłócenia CAN i widać problem. Są sytuacje (celowo nie podam marki pojazdów), że najlepsze serwisy i najlepsze fachury wymiękają na tej skrętce. Ludzie sobie sami próbują radzić kładąc zwykły kabel 22OV usuwając usterkę na jakiś czas. A potem kaplica, bo przeciążenie informacją skutkuje usterką wewnętrzną sterownika. Wymiana ECU i wszystkie aktualne jak i historyczne błędy raz na zawsze znikają. Mówię o autentycznym przypadku. Są takie awarie, że włos jeży się na głowie.

    Dodano po 20 [minuty]:

    Taki przykład sprzed tygodnia, bo puszczam to wszystko w niepamięć.. MAN TGX wywrócona kabina. Mówię: "zobacz woda pod deklem". Dekiel kabinowy puścił i nalało wody. Na spodzie leży kostka od webasta luzem. Miałem zrobić tylko modulator. OBD działa. Kończąc pracę sprawdzam okładziny. OBD nie działa. Wszystkie podstawowe pomiary na miernik dobre. Rozszerzone też dobre. Skojarzyłem fakty i zeszło tylko dwie godziny, bo jako lamer szukałabym tej kostki cały tydzień.
  • #20
    Hektar Zahle.r
    Level 27  
    Przy megamocach i wysokich częstotliwościach powyżej 10 MHz ze względu na naskórkowość. To ja zapytam. Wiesz czemu ekrany kabli koncentrycznych wykonane są z ze skrętki linek, które same w sobie również są skręconymi linkami ?
  • #21
    Robo-technical
    Home appliances specialist
    Hektar Zahle.r wrote:
    Przy megamocach i wysokich częstotliwościach powyżej 10 MHz ze względu na naskórkowość. To ja zapytam. Wiesz czemu ekrany kabli koncentrycznych wykonane są z ze skrętki linek, które same w sobie również są skręconymi linkami ?


    Chodzi o Gradient pola?