本文介绍了CAN收发器在CAN总线系统中的重要作用，特别是其故障检测功能对于确保系统正常运行的重要性。文章首先概述了CAN收发器的基本故障检测功能，包括总线监测、错误检测机制、错误计数机制和错误状态管理。这些功能能够及时发现和纠正总线上的错误，防止数据丢失和通信故障。其次，文章详细介绍了一些高级CAN收发器的本地故障检测功能，如过热保护、欠压保护和过压保护等，以及NXP TJA1443收发器的特定功能，如TXD显性超时故障、TXD与RXD短路、总线显性故障和超温警告等。这些高级功能可以进一步提高系统的可靠性和稳定性。最后，文章还提到了在硬件设计时需要注意的一些问题，以避免不必要的故障检测触发。
一、故障检测功能
在现代车辆通信网络中，CAN总线系统扮演着枢纽的角色，而CAN收发器则是确保数据高效传输的关键设备。除了基本的数据收发功能，部分先进的CAN收发器还具备故障检测能力，这对于维护系统稳定性和防止通信故障至关重要。它们能够实时侦测并纠正总线上的异常，有效避免数据丢失和通信中断。
故障检测功能的实现主要依赖于以下几个方面的机制：
1.1、总线状态监控
CAN收发器通过监测总线电平，利用回环机制检测信号，以此来发现通信中断或信号干扰等问题。
1.2、数据传输错误侦测
在数据的接收和发送过程中，CAN控制器会执行多种错误检测，包括位填充、帧格式、CRC校验和ACK确认等，以识别和处理各类传输错误。
1.3、错误计数与响应
CAN收发器会记录检测到的错误数量，并根据错误类型和频次，采取相应措施，如重发数据、调整通信速度或切换到错误状态。
1.4、错误状态管理
根据错误的严重程度和持续时间，CAN收发器会管理错误状态，并在必要时切断总线上的数据传输，以防止系统进一步受损。
二、本地故障检测功能
除了上述基础故障检测功能，高级CAN收发器还增加了本地故障检测，如过热保护、欠压保护和过压保护等，以提升系统的可靠性和稳定性。例如，NXP TJA1443能够侦测四种不同的本地故障，并在必要时禁用发射器以确保安全。
具体的本地故障检测功能包括：
2.1、TXD 显性超时故障
在硬件或软件层面，如果TXD持续保持低电平状态，将导致总线线路进入持久的显性状态，进而阻断所有网络通信。NXP TJA1443搭载的TXD dominant time-out功能能够有效预防这一阻塞。当TXD引脚长时间保持低电平，超出预设的Tto(dom)TXD时长，发射器将自动停用，并将总线释放至隐性状态，解除总线阻塞。
一旦TXD引脚恢复高电平，TXD显性超时定时器将重置，本地故障标志清除，发射器也随之恢复正常工作。
在硬件设计时需特别注意，若主控默认电平为低电平，并通过GPIO控制CAN收发器的STB引脚，而所选用的CAN收发器STB引脚为低电平使能时。
开发板上电后默认的低电平将直接启用CAN收发器。此时，主控的TXD低电平会触发TXD显性超时定时器开始计时，一旦超时，RXD将释放，总线上将出现错误帧。为避免这种不受控的情况，建议在TXD引脚硬件上进行上拉处理，以防触发TXD dominant time-out功能。
2.2、TXD 与 RXD 短路
RXD与TXD引脚之间的短路会锁定总线在永久显性状态，阻断网络通信。由于RXD的低侧驱动器通常比连接至TXD的控制器的高端驱动器更强，一旦RXD被驱动至显性状态，TXD-to-RXD短路检测功能将通过停用发射器来防止网络锁定。发射器将保持停用状态，直至本地故障标志被清除。
2.3、总线显性故障
CAN总线的短路（至VBAT、VCC或GND）或其他网络节点的故障可能会导致总线上的差分电压升高，足以表明总线处于显性状态。由于节点在总线显性状态时不会开始传输，主控制器无法检测到此类故障。然而，总线的优势位检测能够识别短路，如果总线显性状态持续时间超过Tto(dom)BUS，则会设置本地故障标志。通过检查该标志，控制器能够判断是否有固定的总线阻塞了网络通信，无需进入隐性状态即可关闭发射器。一旦总线恢复正常，本地故障标志也会随之重置。
2.4、超温警告
当结温超过Tj(sd)设定值，CAN总线驱动将被停用，发射器将维持停用状态，直到结温降至Tj(sd)以下，此时本地故障标志将被清除。
三、参考资料
《NXP TJA1443 DataSheet》
https://www.nxp.com/products/interfaces/can-transceivers/can-with-flexible-data-rate/automotive-can-fd-transceiver-family:TJA144x?linkline=Data%20Sheet&fpsp=1#documentation
《NXP TJA1051 DataSheet》
https://www.nxp.com.cn/docs/en/data-sheet/TJA1051.pdf
常见问答
问题 1：什麼是CAN收發器在CAN總線系統中的關鍵作用？
答案：CAN收發器在CAN總線系統中扮演著確保數據高效傳輸的關鍵角色。除了基本的數據收發功能外，一些先進的CAN收發器還具備故障檢測能力，這對於維護系統穩定性和防止通信故障至關重要。
问题 2：CAN收發器如何實現故障檢測功能？
答案：CAN收發器實現故障檢測功能主要依賴於幾個方面的機制，包括總線狀態監控、數據傳輸錯誤偵測、錯誤計數與響應以及錯誤狀態管理等。
问题 3：高級CAN收發器具有哪些本地故障檢測功能？
答案：高級CAN收發器增加了本地故障檢測功能，如過熱保護、欠壓保護和過壓保護等。例如，NXP TJA1443能夠侦测四种不同的本地故障，并在必要时禁用发射器以确保安全。
问题 4：在硬件设计中需要注意避免哪些不必要的故障檢測触发？
答案：在硬件设计时需要特别注意，避免主控默認電平和CAN收發器STB引腳的設計不匹配，以及避免RXD與TXD之間的短路，以防止不必要的故障檢測觸發。
问题 5：哪些參考資料可用於進一步了解CAN收發器的相關信息？
答案：進一步了解CAN收發器的相關信息可參考《NXP TJA1443 DataSheet》和《NXP TJA1051 DataSheet》。
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