CAN總線作為汽車電子、現(xiàn)代工業(yè)控制及船舶航空等高安全性領(lǐng)域的重要通信技術(shù)，其信號質(zhì)量與系統(tǒng)可靠性具有直接相關(guān)性。CAN信號質(zhì)量作為節(jié)點(diǎn)通信的基礎(chǔ)性技術(shù)指標(biāo)，其優(yōu)劣程度直接影響著整個總線系統(tǒng)的運(yùn)行效能。基于此，要準(zhǔn)確判斷總線信號質(zhì)量的優(yōu)劣等級，必須建立科學(xué)的評估體系，通過對信號波形特征進(jìn)行系統(tǒng)性評估，從而為CAN總線的可靠運(yùn)行提供量化依據(jù)。

為什么要評估檢查CAN信號的質(zhì)量？

CAN總線通信可靠性直接依賴于信號電平的精確識別能力。當(dāng)信號質(zhì)量劣化時，節(jié)點(diǎn)可能因顯性/隱性電平閾值（Vdiff）偏離規(guī)范范圍，導(dǎo)致位采樣點(diǎn)電平誤判。這種誤判輕則產(chǎn)生錯誤幀干擾通信，重則觸發(fā)總線關(guān)閉保護(hù)機(jī)制，造成節(jié)點(diǎn)通信功能失效。因此，信號質(zhì)量評估成為保障CAN總線健壯性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。針對網(wǎng)絡(luò)的總線信號質(zhì)量分析能夠呈現(xiàn)圖表對比各個節(jié)點(diǎn)之間的通信質(zhì)量差異，快速排序定位信號質(zhì)量不佳的節(jié)點(diǎn)，為解決系統(tǒng)的通信質(zhì)量問題提供一種便捷的途徑。

CAN信號質(zhì)量評估原理

CAN節(jié)點(diǎn)是通過差分信號進(jìn)行通信的，因此，CAN信號質(zhì)量的評估對象為差分信號的波形。我們從差分信號波形的邊沿速率、穩(wěn)定幅值及反射失真三個方向元素按照一定的規(guī)則對信號質(zhì)量進(jìn)行綜合評估，評分以百分比的形式呈現(xiàn)。評分計(jì)算公式為：

注:對三種元素如何選擇評估，可根據(jù)需要設(shè)置權(quán)重，如只對邊沿速率評估，CAN 信號質(zhì)量總分=(邊沿速率評分x100+穩(wěn)定幅值評分x0+反射失真評分x0)÷100。

1、各元素計(jì)算方法

關(guān)于信號質(zhì)量評分計(jì)算公式中的邊沿速率評分、穩(wěn)定幅值評分、反射失真評分的計(jì)算，涉及到的相關(guān)參數(shù)如圖 1所示：

圖1 信號質(zhì)量評估參數(shù)圖

無干擾電壓范圍（Udisturb）：是指待評估差分波形段中顯性位電平的最小值和隱性位電平的最大值之間的差值。

峰峰值：是指波形中最大值和最小值的差值。

邊沿時間：是指波形中信號電平變換時所經(jīng)歷的時間，包括上升沿和下降沿。

位時間：是指波形中一個位的寬度。

（1）邊沿速率評分

信號質(zhì)量的好壞與信號邊沿的陡峭程度也有很大的關(guān)聯(lián)，過于平緩的邊沿會導(dǎo)致CAN通信出現(xiàn)異常。邊沿速率評分，即是對信號邊沿的陡峭程度進(jìn)行評估，其評分公式如下：

由計(jì)算公式可知，邊沿時間越大，評分越低；當(dāng)邊沿時間達(dá)到位時間的50%時，評分為0%。

（2）穩(wěn)定幅值評分

信號質(zhì)量的好壞與信號的幅值（幅值是指頂部值與底部值之間的差值）密切相關(guān)，而CAN差分波形對應(yīng)的頂部值和底部值應(yīng)滿足ISO 11898-2標(biāo)準(zhǔn)，否則可能出現(xiàn)CAN通信異常的現(xiàn)象。

圖2 ISO11898-2標(biāo)準(zhǔn)CAN差分顯/隱性電平要求

穩(wěn)定幅值評分，就是對無干擾電壓范圍與幅值常見值的接近程度進(jìn)行評估，從而判斷信號質(zhì)量的好壞。其評分公式如下：

由計(jì)算公式可知，當(dāng)無干擾電壓范圍為1V時，評分為0%；當(dāng)無干擾電壓范圍為2.2V時，評分為100%。

（3）反射失真評分

信號在波形頂部值和底部值附近的抖動直觀地反映了信號受到干擾的情況，即往往會使波形出現(xiàn)預(yù)沖和過沖現(xiàn)象，而反射失真評分就是對出現(xiàn)的預(yù)沖和過沖現(xiàn)象進(jìn)行的評估，也即是對無干擾電壓范圍與峰峰值電壓之間的關(guān)系進(jìn)行評估，從而判斷信號質(zhì)量的好壞。其評分公式如下：

由計(jì)算公式可知，當(dāng)峰峰值與無干擾電壓范圍越接近時，評分越高，此時表征信號波形的預(yù)沖、過沖現(xiàn)象較不明顯，當(dāng)峰峰值和無干擾電壓范圍相等時，評分為100%。

實(shí)測步驟通過ZPS的總線信號質(zhì)量評估功能可以實(shí)現(xiàn)對CAN單節(jié)點(diǎn)或網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行質(zhì)量評分，其操作步驟如下。

第一步，ZPS的CAN1通道和DUT的CAN通道連接；

第二步，設(shè)置波特率、終端電阻及工作模式等；

圖3 參數(shù)設(shè)置

第三步，開啟ZPS軟件中的CAN1通道按鈕，采集一段時間DUT發(fā)送的報(bào)文；

圖4 分析樣本

第四步，打開“總線信號質(zhì)量評估”功能，選擇對報(bào)文接收主窗口或過濾窗口中的樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行信號質(zhì)量評分；

圖5 菜單導(dǎo)航

第五步，點(diǎn)擊總線信號質(zhì)量評估界面的按鈕，即可看到評估結(jié)果。由結(jié)果可以知道,ID為0x01120007的節(jié)點(diǎn)的信號質(zhì)量較差，可進(jìn)一步分析該節(jié)點(diǎn)的差分電壓、邊沿時間及干擾情況等，以保證通信的可靠性。

圖6 信號質(zhì)量分析結(jié)果展示