Guía de capa física y terminación CAN

Las redes de área del controlador se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones integradas que van desde pequeños dispositivos médicos hasta grandes equipos de movimiento de tierras. Para aprovechar mejor el costo y el rendimiento de CAN en estas diferentes aplicaciones, manteniendo la compatibilidad funcional y de software para las herramientas, puede usar una variedad de capas físicas optimizadas para diferentes estándares. La capa física de una implementación CAN dicta los tipos de cableado, los niveles de señal eléctrica y el esquema de terminación que utiliza. La parte de una interfaz CAN que conecta un controlador CAN a la red se denomina transceptor. 

Puede acceder a todas las redes CAN desde las mismas herramientas a nivel de software independientemente de la capa física. La única diferencia entre las redes CAN es el transceptor utilizado. Los proveedores de interfaces PC CAN implementan estos diversos transceptores a través de tres métodos: 

1. Transceptores intercambiables por el usuario que se instalan en una interfaz CAN genérica, con el usuario adaptando la interfaz a una red en particular
2. Transceptores incorporados por interfaz, con una interfaz de hardware dedicada por capa física
3. Múltiples transceptores integrados seleccionables por software conectados a la red mediante un relé y conmutados por la aplicación host

Las interfaces NI CAN están disponibles como segundo y tercer tipo, con interfaces dedicadas e interfaces seleccionables por software. En general, las interfaces seleccionables por software se utilizan para aplicaciones donde la red CAN final no se conoce y podría cambiar, como un laboratorio o un entorno de prueba automatizado. En aplicaciones integradas y dedicadas por las que se conoce la red CAN final, los transceptores integrados a bordo ahorran costes y reducen la complejidad. Las tres plataformas NI CAN están disponibles en los siguientes tipos:

1. NI-XNET PCI, PXI y CAN de la serie C: A bordo, seleccionable por software
2. NI USB CAN: A bordo
3. CompactRIO CAN: A bordo

CAN de alta velocidad es el transceptor CAN más común. Se utiliza en casi todos los automóviles de producción y se requiere en el año modelo 2008 y posteriores vehículos de diagnóstico a bordo (OBD-II) vendidos en los Estados Unidos.  

La capa CAN de alta velocidad deriva su nombre de la forma más rápida de CAN, que permite el uso de la velocidad estándar completa de hasta 1 Mbit/s. Las redes CAN de alta velocidad admiten velocidades de baudios de 40 kbit/s a 1 Mbit/s. La tasa más común, 500 kbit/s, se utiliza en entornos automovilísticos.   

Las velocidades de baudios afectan a la longitud total permitida de la red, que oscila entre aproximadamente 1 km a 40 kbit/s y 40 m a 1 Mbit/s. La longitud máxima del stub, o longitud desde la red CAN central que se pueden colocar los nodos, también se ve afectada. Generalmente, los adaptadores de red CAN deben tener menos de 1 m.  

CAN de alta velocidad está especificado o requerido por las siguientes normas: 

• ISO-11898-1, -2, -5
• ISO-11783-2
• MilCAN
• CANOpen
• DeviceNet
• SAE J1939
• SAE J2284-1, -2, -3,

CAN con velocidad de datos flexible (CAN FD) es la próxima generación de la comunicación CAN de alta velocidad con estándares en evolución para velocidades de datos más altas.  NI ha habilitado velocidades hasta 8 Mbit/s utilizando los transceptores TJA1041 y TJA1043 a través del controlador NI-XNET.  La velocidad general de baudios para las redes FD es la misma que la CAN de alta velocidad, es solo la velocidad de datos que es más rápida.  A medida que los proveedores de transceptores completen los criterios de velocidades de CAN FD, NI actualizará la documentación como sea necesario.

Terminación CAN de alta velocidad/FD

Para CAN de alta velocidad/FD, ambos extremos del par de cables de señal (CAN_H y CAN_L) deben terminarse. Esto se debe a que la comunicación fluye en ambos sentidos en el bus CAN. CAN_L es el pin 2 y CAN_H es el pin 7 en el conector D-SUB estándar de 9 pines. Las resistencias de terminación en un cable deben coincidir con la impedancia nominal del cable. ISO 11898 requiere un cable con una impedancia nominal de 120 Ω; por lo tanto, debe usar resistencias de 120 Ω para la terminación. Si coloca varios dispositivos a lo largo del cable, solo los dispositivos en los extremos del cable necesitan resistencias de terminación. La Figura 1 muestra un ejemplo de cómo terminar una red de alta velocidad.

Figura 1. Terminación de una red CAN de alta velocidad

Cables y accesorios CAN de alta velocidad/FD

Las interfaces CAN NI-XNET de alta velocidad/FD y seleccionables por software/FD tienen terminación seleccionable por software incorporada. Esto le da la flexibilidad de agregar la terminación de la programación a la red siempre que sea necesario sin cambiar los cables.

Figura 2. Terminación seleccionable por software NI-XNET

NI también ofrece cables CAN terminados y no terminados para conectar interfaces CAN de alta velocidad/FD de NI a dispositivos y redes CAN. Los dispositivos Legacy NI CAN no tienen terminación seleccionable por software, por lo que es posible que deba comprar cables terminados para su uso con esas interfaces. 

En general, al conectar un único dispositivo CAN a una interfaz NI CAN, puede habilitar la terminación mediante programación o utilizar un cable terminado. En la primera opción, el dispositivo NI-XNET conecta una resistencia de 120 Ω entre CAN_H y CAN_L mediante relés. En el caso del cable terminado, contiene una resistencia de 120 Ω instalada en las líneas CAN_H y CAN_L en el conector más cercano a la etiqueta del número de pieza del cable NI. 

Cuando se conectan varios dispositivos CAN que ya tienen terminación, se recomienda utilizar cables NI sin terminación.  

La caja de conexiones NI CAN ofrece un interruptor para activar y desactivar la terminación de 120 Ω y 60 Ω en una red CAN para obtener la máxima flexibilidad. 

Obtenga más información en el Manual NI-XNET o en el Manual de hardware y software NI-CAN.

CAN de baja velocidad / tolerante a fallos está diseñado para soportar aperturas, cortocircuitos y cargas incorrectas en una de las líneas de datos CAN, cayendo a una sola línea de datos cuando se encuentra un fallo. Para preservar la funcionalidad de la red en un escenario donde una línea de datos no se abre, se requieren resistencias de terminación en cada nodo. Estas características de tolerancia a fallos adicionales limitan la velocidad máxima de una red CAN de baja velocidad/tolerante a fallos a 125 kbit/s.  

CAN de baja velocidad/tolerante a fallos se encuentra en las siguientes especificaciones: 

• ISO-11898-3
• ISO-11992-1

Terminación CAN de baja velocidad/tolerancia a fallas

Para CAN de baja velocidad/tolerante a fallos, cada dispositivo de la red necesita una resistencia de terminación para cada línea de datos: R(RTH) para CAN_H y R(RTL) para CAN_L. A diferencia de la terminación CAN de alta velocidad, CAN de baja velocidad requiere que la terminación esté en el transceptor en lugar de en el cable. La determinación de la resistencia a la terminación necesaria para la Junta se puede encontrar en el manual. La Figura 3 muestra un diagrama de ubicaciones de resistencias de terminación en una red de baja velocidad.

Figura 3. Terminación CAN de baja velocidad/tolerancia a fallas

Cables y accesorios CAN de baja velocidad

Debido a que cada nodo en una red CAN de baja velocidad / tolerante a fallos se termina, las interfaces CAN tolerantes a fallos NI se envían con resistencias de terminación integradas. El Manual NI-XNET y el Manual NI-CAN contienen instrucciones para ajustar estas resistencias si su aplicación requiere valores diferentes. Debe utilizar solo cables CAN no terminados para conectar interfaces CAN tolerantes a fallos de NI a dispositivos y redes CAN tolerantes a fallos. 

CAN de un solo hilo se encuentra principalmente en aplicaciones automotrices especializadas y enfatiza el bajo costo. Definido en la especificación SAE 2411, CAN de un solo cable utiliza solo un cable de datos CAN de un solo extremo en lugar de los cables CAN diferenciales que se encuentran en la mayoría de las aplicaciones. La inmunidad al ruido reducida de un solo cable CAN limita sus velocidades a 33.3 kbit/s o 83.3 kbit/s. 

Terminación CAN de un solo hilo

CAN de un solo cable especifica una única resistencia de 9,09 kΩ para toda la red. Las interfaces NI con transceptores CAN de un solo cable incluyen una resistencia incorporada de 9,09 kΩ, por lo que no se necesitan resistencias adicionales.

Figura 4. Conexión entre dos dispositivos CAN de un solo cable

Los transceptores CAN de un solo cable están disponibles solo en interfaces PCI y PXI seleccionables por software NI-XNET. 

Cables CAN de un solo hilo 

Debido a que las redes CAN de un solo cable ya están terminadas, debe usar solo cables CAN no terminados para conectar interfaces CAN de un solo cable de NI a dispositivos y redes CAN de un solo cable. Las interfaces CAN tolerantes a fallos NI se envían con resistencias de terminación a bordo. El Manual de Equipo y Programas Informáticos NI-CAN contiene más información sobre CAN de un solo cable en las páginas 3-16 y 4-20.

Ocasionalmente, las aplicaciones CAN utilizan un transceptor no estándar o de especialidad para una aplicación en particular. Con las interfaces seleccionables por software NI-CAN, es posible evitar los transceptores integrados y conectar un transceptor personalizado al conector externo de la placa sin modificaciones en la interfaz.

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