CAN Bus­phy­sik-Mes­sun­gen erklärt

Unse­re Mess­ge­rä­te mit Phy­sik­mes­sung (CAN­o­b­ser­ver, CAN­touch, CAN-Bus Tes­ter 2) sind in der Lage, die Signal­ver­hält­nis­se jedes CAN-Bus Teil­neh­mers zu mes­sen und anzu­zei­gen. Aus den Ergeb­nis­sen der Signal­qua­li­tät las­sen sich Rück­schlüs­se auf even­tu­ell vor­han­de­ne Pro­ble­me mit dem jewei­li­gen Teil­neh­mer bzw. der Bus­ver­ka­be­lung schlie­ßen. Sie zei­gen für jeden CAN-Bus Teil­neh­mer getrennt fol­gen­de phy­si­ka­li­sche Eigen­schaf­ten an :

  • all­ge­mei­ner Qua­li­täts­wert (0 … 100 %)
  • Stör­span­nungs­ab­stand (mini­ma­le, stör­freie Dif­fe­renz­span­nung)
  • Flan­ken­steil­heit (schlech­tes­te stei­gen­de und fal­len­de Flan­ke des Tele­gramms)
  • Oszil­lo­sko­p­an­zei­ge mit Tele­gramm­ana­ly­se des kom­plet­ten Tele­gramms (nicht im CAN­o­b­ser­ver)

Das CAN­touch ist dar­über hin­aus in der Lage, die Gleich­takt­span­nung zu bestim­men. Lesen Sie über die­se Mes­sung in einem eige­nen Arti­kel.

CAN-Bus arbei­tet mit einem Dif­fe­renz­si­gnal, d.h. das eigent­li­che Nutz­si­gnal wird über zwei Lei­tun­gen inver­tiert zuein­an­der über­tra­gen (CAN_H und CAN_L). Die Dif­fe­renz zwi­schen die­sen bei­den Lei­tun­gen bil­det das Signal, wel­ches von jedem CAN-Bus Trans­cei­ver emp­fan­gen wird. Stö­run­gen kön­nen somit die kor­rek­te Erken­nung des Bit­stroms gefähr­den. Das CAN­touch® ermög­licht die Bewer­tung des Dif­fe­renz­si­gnals in Form eines all­ge­mei­nes Qua­li­täts­wer­tes, des Stör­span­nungs­ab­stan­des und der Flan­ken­steil­heit sowie der Oszil­lo­sko­p­an­zei­ge. Alle die­se Mess­wer­te wer­den inner­halb eines Tele­gramms ermit­telt. Im Gegen­satz zum Qua­li­täts­wert, der eine all­ge­mei­ne Bewer­tung der Signal­qua­li­tät des Bus­ses vor­nimmt, stel­len die Ermitt­lung des Stör­span­nungs­ab­stan­des und der Flan­ken sowie die Oszil­lo­sko­p­an­zei­ge Hilfs­mit­tel für die geziel­te Feh­ler­su­che dar.

Definitionen_groß

Stör­span­nungs­ab­stand

Unter dem Stör­span­nungs­ab­stand ver­steht man einen stö­rungs­frei­en Bereich der Dif­fe­renz­span­nung, der über einem bestimm­ten Teil jedes Bits2 der Tele­gram­me des zu mes­sen­den Teil­neh­mers ermit­telt wird. Die­ser Teil wird als Bewer­tungs­zeit­raum bezeich­net. Jedes Bit wird 64-fach abge­tas­tet. Die Bewer­tung des Stör­span­nungs­ab­stan­des erfolgt über 44/​64 der Bit­brei­te (68 % Bewer­tungs­zeit­raum). Am Anfang und Ende jedes Bits sind jeweils 10/​64 der Bit­brei­te von der Ermitt­lung des Stör­span­nungs­ab­stan­des aus­ge­schlos­sen. Signal­über- und Ein­schwing­vor­gän­ge sind, solan­ge sie außer­halb des Bewer­tungs­zeit­rau­mes lie­gen, von der Stör­span­nungs­mes­sung aus­ge­schlos­sen.
Ein Span­nungs­ein­bruch inner­halb des Bewer­tungs­zeit­rau­mes von klei­ner als 1/​64 Bit­zeit kann nicht mehr sicher erkannt wer­den und beein­flusst in die­sem Fall auch nicht die Ermitt­lung des Stör­span­nungs­ab­stan­des.

Flan­ken­steil­heit

Um die Über­tra­gungs­ei­gen­schaf­ten der Bus­ver­ka­be­lung und der ein­zel­nen CAN-Bus Teil­neh­mer voll­stän­dig zu bewer­ten, ist neben dem Stör­span­nungs­ab­stand auch die Betrach­tung der Flan­ken not­wen­dig. Zu fla­che Flan­ken kön­nen eben­falls die kor­rek­te Deko­die­rung des Über­tra­gungs­si­gnals ver­hin­dern.
Die Mess­ge­rä­te ermit­teln die Flan­ken­steil­heit getrennt für stei­gen­de und fal­len­de Flan­ken. Dabei wer­den zwei Schwel­len bei 10 % und 90 % des ermit­tel­ten Signal­pe­gels (ermit­tel­te Dif­fe­renz­span­nung beim Abtast­zeit­punkt) ein­ge­stellt. Die Zeit, die das Dif­fe­renz­si­gnal benö­tigt, um zwi­schen die­sen bei­den Span­nungs­schwell­wer­ten zu wech­seln, wird für fal­len­de und stei­gen­de Flan­ken gemes­sen. Die Anstiegs- und Fall­zeit wird dabei mit einer Auf­lö­sung von 1/​64 der ver­wen­de­ten Baud­ra­te ermit­telt und als Wert zwi­schen 0/​64 und
64/​64 ange­zeigt. Die­ser Wert gibt stets die lang­sams­te stei­gen­de und fal­len­de Flan­ke des gemes­se­nen Tele­gramms an. Ein Mess­wert von 0/​64 bedeu­tet, dass der Pegel­wech­sel in weni­ger als 1/​64 der Bit­brei­te statt­fin­det.

All­ge­mei­ner Qua­li­täts­wert

Der Qua­li­täts­wert ist ein all­ge­mein­gül­ti­ger Wert für die Signal­qua­li­tät auf dem Bus. Er reprä­sen­tiert die wich­tigs­ten phy­si­ka­li­schen Eigen­schaf­ten des Bus­ses und fasst die­se in einem Wert zusam­men. Der Qua­li­täts­wert wird in Pro­zent ange­ge­ben. Der Wer­te­be­reich beträgt 0…100 %.

Er besteht aus fol­gen­den drei für die Signal­qua­li­tät wich­ti­gen Kom­po­nen­ten :

  • Flan­ken­steil­heit
    Die Flan­ken­steil­heit wird in x/​64 gemes­sen. Ein Wert von 0/​64 ist eine ide­al stei­le Flan­ke und wird mit 100 % bewer­tet. Die schlech­tes­te Flan­ke wird als 32/​64 defi­niert und reprä­sen­tiert 0 %.

Formel Flankensteilheit

  • Stör­span­nungs­ab­stand
    Ein Stör­span­nungs­ab­stand von 1,0 V wird als 0 % defi­niert – ein Wert von 2,2 V zu 100 %.

Formel Störspannungsabstand

  • Refle­xio­nen
    Refle­xio­nen sind das Ver­hält­nis des Stör­span­nungs­ab­stands zur Spit­zen-Spit­zen-Span­nung. Ist die Spit­zen-Spit­zen-Span­nung genau so groß wie der Stör­span­nungs­ab­stand, so ist dies ide­al und reprä­sen­tiert 100 %. Wird die Spit­zen-Spit­zen-Span­nung dop­pelt so groß wie der Stör­span­nungs­ab­stand, so wird dies zu 0 % defi­niert.

Formel Reflexionen

Alle drei Kom­po­nen­ten gehen zu glei­chen Tei­len in die Berech­nung des Qua­li­täts­wer­tes ein.

Formel Qualitätswert

Oszil­lo­sko­p­an­zei­ge mit Tele­gramm­ana­ly­se

Zur Bewer­tung von Signal­über­gän­gen sowie zur Ver­mes­sung von Refle­xio­nen zeich­nen das CAN­touch® und der CAN-Bus Tes­ter 2 den Signal­ver­lauf des gemes­se­nen Tele­gramms auf und stel­len die­sen in der Oszil­lo­sko­p­an­zei­ge der „Mes­sung Teil­neh­mer“ dar. Die Abtas­tung erfolgt mit dem 64-fachen der ein­ge­stell­ten Baud­ra­te über ins­ge­samt 160 Bit. Der Trig­ger­punkt für die Auf­zeich­nung liegt mit 3 Bit Vor­lauf stets auf der ers­ten Flan­ke des gemes­se­nen Tele­gramms.

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Hendrik Stephani

Hen­drik Ste­pha­ni

Feld­bus­dia­gno­se Chef­ent­wick­ler

Hen­drik Ste­pha­ni arbei­tet seit 20 Jah­ren an der Ent­wick­lung von leis­tungs­fä­hi­gen Werk­zeu­gen zur Feld­bus­dia­gno­se.

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