CAN Bus trên các dấu vết PCB thay vì cáp xoắn đôi - các điểm cần xem xét
Để tiết kiệm chi phí cho hệ thống trong một trong những dự án hiện tại của tôi (không có cáp), tôi muốn loại bỏ cáp CAN và thêm dấu vết vào PCB (một cặp từ trái sang phải để kết nối các đầu nối + 1 cặp cuống với CAN Bộ thu phát trên mỗi bo mạch). Vì tôi vẫn có một chuỗi PCB tiếp tục được kết nối bởi một đầu nối với các Ghim miễn phí, điều này có vẻ khá hợp lý để làm. Tôi đang lên kế hoạch triển khai CAN với tốc độ khá thấp (125kbits / giây).
Mỗi PCB trông giống như sau:
Hệ thống được thiết lập như thế này và dài khoảng 50m!
Tôi đã đọc một số câu hỏi khác (ví dụ: đây , đây và đây ) và các bài báo và ghi chú ứng dụng (chẳng hạn như điều này , điều này và điều này ). Nhưng không có nơi nào gần để hiểu đầy đủ về nó.
Tôi có một vài câu hỏi cho điều này:
Đầu tiên là về trở kháng đường truyền.
- Tiêu chuẩn 120Ohm là trở kháng khác biệt của hoặc đơn kết thúc cho mỗi CAN_H và CAN_L?
- Làm thế nào để đạt trở kháng 120Ohm trên một bảng 4 lớp? (Tôi sử dụng xếp chồng 4 lớp tiêu chuẩn của JLCPCB và với máy tính của họ, tôi không đạt 120Ohm đối với kết thúc đơn và đối với vi phân, tôi chỉ đạt gần với 3,5 triệu vết + 4 triệu khoảng cách - gần với mức tối thiểu tuyệt đối của chúng).
- Tôi có thể / tôi có nên thêm các thành phần bổ sung vào các dấu vết xe buýt, để đạt được 120Ohm không?
Về che chắn:
- Mặc dù chủ đề trở kháng, trong thông số kỹ thuật CAN, nên sử dụng cáp xoắn đôi có vỏ bọc. Trong trường hợp đó, tôi có nên định tuyến tốt hơn các đường CAN trên một trong các lớp bên trong và che chắn nó bằng một mặt phẳng GND ở trên, bên cạnh và bên dưới không?
Về cặp xoắn:
- Sẽ có ý nghĩa nếu mô hình hóa các dấu vết trên PCB tương tự như một cặp xoắn (ví dụ như một cái gì đó như thế này
Nhìn chung, các câu hỏi có thể được tóm tắt thành:
Chiều rộng vết, khoảng cách trên lớp nào cho tôi kết quả tốt nhất cho dấu vết CAN dài trên PCB 4 Lớp và làm cách nào để che chắn nó?
Trả lời
Tôi chưa thiết kế cụ thể với bus CAN, nhưng tôi đã triển khai các cặp vi sai USB và đường truyền kết thúc đơn WiFi (2,4 Ghz).
Vấn đề của bạn trông giống như một đường truyền vi sai cổ điển. 125kbits / giây nên khá dễ dàng. 1Mb / giây khó hơn.
Nếu bạn có một bảng 4 lớp sang trọng, hãy định tuyến tín hiệu CAN trên các lớp bên trong. Điều này sẽ cung cấp cho bạn tương đương với một cáp được bảo vệ. Các lớp bên ngoài phải là mặt đất hoặc mặt phẳng nguồn. Mặt đất và mặt phẳng nguồn nên được ghép nối điện dung với nhau, làm cho chúng gần như tương đương với mục đích che chắn.
Ý tưởng của bạn về việc đan chéo các dấu vết để tạo ra một cặp "xoắn" thật hấp dẫn, nhưng tôi nghi ngờ nó sẽ khiến bạn đau đầu hơn: 1) phản xạ tín hiệu ở mỗi điểm qua 2) mỗi lần bị chôn vùi đều là một điểm khiếm khuyết tiềm ẩn cho quá trình sản xuất bo mạch. # 2 phụ thuộc vào chất lượng nhà hội đồng của bạn. Tôi sẽ thực hiện một cặp vi sai truyền thống (Zo = 120ohms).
Để tính toán khoảng cách đường truyền, tôi thấy bộ công cụ của Saturn PCB khá hữu ích: http://saturnpcb.com/pcb_toolkit/ Tôi sẽ lưu ý rằng để đạt được trở kháng đặc trưng 120 của bạn, bạn có thể sẽ cần các dấu vết rộng hơn.
Theo tài liệu TI này, chiều dài cáp không phù hợp có thể gây ra sự cố phản xạ với CAN bus. https://www.ti.com/lit/an/slla279a/slla279a.pdf.
Hãy nhớ cung cấp cho các điện trở kết cuối 120ohm (trên các đường bus can) ở đầu phát và đầu thu cuối cùng trên bus.
Đầu nối: sẽ tốt miễn là các điểm tiếp xúc sạch sẽ. Tách các chân bus có thể khỏi các chân tốc độ cao khác bằng một chân nối đất ở giữa. Cá nhân tôi cũng sẽ bao gồm các miếng hàn hoặc đầu nối CAN trong trường hợp bạn cần rơi trở lại dây giữa các bảng mạch. Nếu vậy, tôi sẽ đặt các điện trở 0 ohm nối tiếp với các đường CAN trên đầu nối chính. Điều này sẽ cho phép bạn linh hoạt để tắt các đường CAN trên đầu nối và chuyển trở lại dây. Thiết kế một kế hoạch B là rẻ trong khi đặt bảng mạch.
Chiều rộng và khoảng cách theo dõi phụ thuộc vào chất chồng PCB của bạn. Sử dụng bộ công cụ của Saturn PCB với tab "Các cặp khác biệt".
Tôi sẽ sử dụng một đống như
L1 = nối đất, L2 = tín hiệu / đường truyền, L3 = Nguồn, L4 = tín hiệu hoặc
L1 = Mặt đất, L2 = tín hiệu / đường truyền, L3 = tín hiệu, L4 = Nguồn.
Nếu bạn có lấp đầy đồng trên các lớp khác, bạn có thể buộc chúng xuống đất bằng đường khâu. Không định tuyến các tín hiệu tốc độ cao song song với cặp nhiễu xạ trừ khi chúng được phân cách bằng một lớp đất nền (che chắn). Nếu tín hiệu tốc độ cao phải đi qua các lớp liền kề, hãy đặt chúng vuông góc.
Để bố trí các đường dây vi sai, bạn KHÔNG nên thiết kế chúng giống như dây xoắn đôi ... Vias hoạt động giống như cuộn cảm và bất kỳ sự thay đổi hướng nào thường gây ra phản xạ. Vì vậy, những gì bạn muốn và những gì là tối ưu, là một đường thẳng đơn giản.
Thông thường, bạn bố trí các đường chênh lệch cạnh nhau (nếu bạn không phải là khớp nối lỏng lẻo ... điều này cũng hoạt động trong một số trường hợp), KHÔNG quay 90 °, bạn cần giữ cả hai dấu vết ở cùng độ dài (gần như) và ngắn gọn ( trong trường hợp chúng ta có thể nói về một số cm - nghĩ rằng bạn có thể tìm thấy các giá trị trong tiêu chuẩn). Khoảng cách giữa các đường và chiều rộng của các dấu vết cần được tính toán, vì vậy với vật liệu pcb và độ dày lớp, bạn duy trì trở kháng 120Ohm cần thiết ...
Bạn có thể thử https://sourceforge.net/projects/atlc/ hoặc là http://www.hdtvprimer.com/KQ6QV/atlc2.html để tính toán đường truyền vi sai.
Kicad cũng được vận chuyển bằng Máy tính đường truyền, hoặc loại cũ tốt http://www.hp.woodshot.com/ HP AppCad ... Bạn thậm chí còn tìm thấy những thứ cho máy tính lập trình bình thường.
Nếu bạn tuân theo các quy tắc cho các hệ thống phức tạp hơn nhiều như LVDS, CÓ THỂ sẽ không bao giờ làm bạn thất vọng - nó khá mạnh mẽ ngay cả trong môi trường rất khắc nghiệt.
https://www.ti.com/lit/an/snla302/snla302.pdf
Tôi chưa kiểm tra nó nhưng theo như tôi nhớ thì những con số này là OK Đối với một Busspeed nhất định, bạn có độ dài của Busline và độ dài của một cuống ... đoán trên PCB bạn không bao giờ gặp rắc rối với CAN
- 1 MBit / s 40m 0,3m
- 500 kBit / s 100m 0,8m
- 250 kBit / s 200m 1,5m
- 100 kBit / s 500m 3.0m
- 57 kBit / s 1000m 5,0m
- 38 kBit / s 2000m 7,0m
Tái bút: Như Mr_Engineer đã nói: Bạn cần phải chấm dứt. Nhưng cả hai đều kết thúc (nó là một bus thực nên bất kỳ nút nào cũng lắng nghe và truyền)! cả hai đều có 120 Ohm (60Ohm ở dc, nhưng 120Ohms cho tần số trung bình / chiếm ưu thế của Bus ...) - chúng tôi có một sản phẩm chỉ có một bên kết thúc và nó hoạt động với chiều dài đường dây hơn 20m, nhưng sau đó bạn cần phải tinh chỉnh các giá trị. Giữ nguyên tiêu chuẩn!