DeepMeasure 绘制CAN信号延时

汽车诊断

DeepMeasure 绘制CAN信号延时

                                                         作者：Steve Smith

最近对CAN 信号时域延迟以及延时测量的讨论非常多，因此我想到了在CAN bus网络的不同位置来观察CAN总线信号延时。是不是在双绞线的任何位置，CAN信号结构都一样呢？信号都是同步的吗？

实际上，信号在CAN总线上传输时，不可避免会有时域延迟，这和双绞线的长度有关。当然也跟CAN信号的传输速率相关，不过传输速率接近光速，已经尽可能地减少延迟了。

试想一下，CAN信号从变速杆这个位置通过bus网络传输到同一网络下的其他控制模块。由于这些控制模块的位置各不相同，中间要经过接线盒、连接器、插头以及弯曲的电线等等，这是一段相当长的传输距离。这些都会对CAN信号的阻抗产生影响，而且CAN信号小电流传输时对细微的阻抗变化比较敏感，尽管CAN总线抗干扰能力很好。

CAN总线信号传输出现一些延时是正常的，只要这个延时在一定的标准范围之间即可。大多数情况下，都不会导致其他故障问题。但是，在CAN bus网络不同位置测量信号延时并进行分析是非常有帮助的！接下来我们就结合虹科Pico示波器、PicoScope软件的DeepMeasure深度测量功能以及EXCEL绘制CAN总线信号延时图形。

如图1所示，A和B通道是在变速杆测得的CAN高和CAN低信号，C和D通道是在FEM（车身前端模块）测得的CAN高和CAN低。为了减少噪音干扰，我们使用的是TA375高阻抗探头（10倍衰减），这有助于精确测量CAN总线信号延时。更多内容请浏览以下帖子：高阻抗探头TA375测CAN和FlexRay

我还添加了数学通道A-B（紫色）和数学通道C-D（青色），这是变速杆和FEM处的差分信号波形。

图1 两个位置的CAN信号

将所有通道的零刻度线移动到同一位置，放大其中一个周期的一个字节波形（图2）。

图2

继续放大波形的上升沿位置，然后拖动时间标尺测得大约延时70纳秒（图3）。

图3

请记住，这辆车的CAN bus网络是正常的，图3中的信号延时在正常可接受范围内。但是，我们只测量了某个周期内一个CAN字节的上升沿波形。使用DeepMeasure功能，可以测出所有周期信号的开始时间和结束时间。更多关于DeepMeasure功能的介绍请浏览以下论坛帖子：【新功能】DeepMeasure深度测量

图4 DeepMeasure设置

如图4所示，我们对数学通道A-B使用DeepMeasure功能，仅在缓冲区18上测量，循环阈值设为1V，循环滞后量设为40mV。数学通道C-D也是一样的参数设置。以下有3点需要注意：

• 初始捕获波形时需要使用触发，因为各个通道是参考触发点定位的。我们在图1中A通道的上升沿设置了触发，阈值设为3V。
• DeepMeaure测量的是各个周期的开始时间和结束时间，而不是字节的，一个循环周期包含了显性字节和隐形字节。从前一个显性字节上升沿达到1V阈值开始（3.1ns），到下一个显性字节上升沿达到1V（10.0μs），这一段算作一个循环周期，如图5所示。
  

图5 循环周期

• 变速杆处（Shift Lever）和FEM处使用DeepMeasure测得的循环编号数量不一样。理论上应该是相同的循环周期数，但变速杆处有195个循环，FEM处有197个。如图6所示，这会是一个错误吗？
  

图6 循环编号数量不同

使用软件的放大功能观察两个差分通道波形，我们可以看到一直到循环周期140-143两个波形都是同步的。但是在循环144，出现了延时导致波形不同步，如图7所示。

图7 信号延时

将循环144放大（图8），我们发现数学通道C-D上有一个负的过冲差分信号，产生了额外的尖峰，数学通道A-B上没有这种情况出现。再次重申，这辆车的CAN网络是正常的，这里并不是一个故障，但确实体现了不同模块位置CAN信号的不同。如果遇到CAN bus网络有故障的汽车，我们可以用上述方法进行诊断分析。

图8 第144个循环出现尖峰干扰信号

这也提示我们需要将数学通道C-D的DeepMeasure参数设置进行修改，我们将阈值提高到1.3V，同时对D通道信号采用了6MHz的低通过滤。现在144之后的循环就同步了，如图9所示。

图9 修改循环阈值

现在确定两个DeepMeasure表格的循环编号数量是一样的，我们就可以将两个表格的数据都导出到EXCEL表格中，如图10所示。然后我们可以根据导出数据中的开始时间绘制折线图，比较两个不同位置的信号。

图10 导出数据

以下视频介绍了软件设置、导出到EXCEL和绘图的过程，欢迎下载观看：

图11中我将两个DeepMeasure表格测得的开始时间绘制成了折线图，可以看到两条折线图几乎是重合的，循环周期数是一样的。

图11 循环周期数相同

为了进行对比，我将之前两个表格循环周期数不同的数据也导出到EXCEL中。这个时候由于通道C-D上有尖峰干扰，阈值设置较低导致信号不同步，如图8所示。同样地，将两个表格数据中的开始时间绘制成折线图，如图12所示，可以看到出现两条折线出现分离不同步，不过不是很明显。

图12 循环周期数不同

为了更明显看到不同步现象，我们调整Y轴的量程，如图13所示。现在可以清楚地看到，大概在第148个循环处，两条折线明显分离。

图13 信号不同步

请注意，为了避免测试方法影响了信号观察和分析，建议我们注意以下几点：

1. 使用高阻抗TA499/TA375探头；

2. 确保接地良好，不要将测试线延长；

3. 尝试直接连接到ECU针脚上，尽可能不用引线，不要用刺针刺破线缆；

4. 避免电磁干扰，保持电池状态正常。

通常情况下，如果做到上述几点，是不需要采用低通滤波功能的，也不需要修改循环阈值。DeepMeasure功能能够在多达一百万个波形周期内自动测量重要波形参数，可以轻松地对结果进行分类、分析并将其与波形显示相关联。相比使用缩放功能一个一个周期进行测量方便准确得多。

最后给大家分享一个马自达汽车CAN 总线案例，出现了非常多的通讯网络故障：以技会友。图14中揭示了这个马自达汽车同一CAN网络不同位置出现了灾难性的不同步通讯故障。图15根据DeepMeasure测得的数据，清晰地表明了两条折线出现分离。

图14 马自达通讯故障

图15 CAN循环周期出错,信号不同步