Guide de la couche physique et de la terminaison CAN

Les réseaux de zone de contrôleur sont utilisés dans une grande variété d’applications embarquées allant des petits dispositifs médicaux aux grands équipements de terrassement. Pour tirer le meilleur parti des coûts et des performances du CAN dans ces différentes applications tout en maintenant la compatibilité logicielle et fonctionnelle des outils, vous pouvez utiliser une variété de couches physiques optimisées pour différentes normes. La couche physique d'une implémentation CAN dicte les types de câblage, les niveaux de signaux électriques et le schéma de terminaison que vous utilisez. La partie d'une interface CAN qui connecte un contrôleur CAN au réseau est appelée émetteur-récepteur. 

Vous pouvez accéder à tous les réseaux CAN à partir des mêmes outils au niveau logiciel, quelle que soit la couche physique. La seule différence entre les réseaux CAN est l'émetteur/récepteur utilisé. Les fournisseurs d’interfaces PC CAN implémentent ces différents émetteurs-récepteurs selon trois méthodes : 

1. Émetteurs-récepteurs interchangeables par l'utilisateur installés dans une interface CAN générique, l'utilisateur adaptant l'interface à un réseau particulier
2. Émetteurs-récepteurs intégrés par interface, avec une interface matérielle dédiée par couche physique
3. Plusieurs émetteurs-récepteurs embarqués sélectionnables par logiciel connectés au réseau par un relais et commutés par l'application hôte

Les interfaces NI CAN sont disponibles en deuxième et troisième types, avec des interfaces dédiées et des interfaces sélectionnables par logiciel. En général, les interfaces sélectionnables par logiciel sont utilisées pour des applications où le réseau CAN final n’est pas connu et pourrait changer, comme un environnement de laboratoire ou de test automatique. Dans les applications embarquées et dédiées pour lesquelles le réseau CAN final est connu, les émetteurs-récepteurs embarqués intégrés réduisent les coûts et la complexité. Les trois plates-formes NI CAN sont disponibles dans les types suivants :

1. NI-XNET PCI, PXI et CAN de la Série C : Sélectionnable par logiciel
2. CAN USB NI : Embarquée
3. CompactRIO CAN : Embarquée

Le CAN haute vitesse est l'émetteur-récepteur CAN le plus courant. Il est utilisé dans presque toutes les automobiles de production et est requis dans les véhicules OBD-II (On-Board-Diagnostic) vendus aux États-Unis à partir de 2008.  

La couche CAN haute vitesse tire son nom de la forme la plus rapide de CAN, qui permet d'utiliser toute la vitesse standard jusqu'à 1 Mbit/s. Les réseaux CAN haute vitesse supportent des débits en bauds de 40 kbit/s à 1 Mbit/s. Le débit le plus courant, 500 kbit/s, est utilisé dans les environnements automobiles.   

Les débits en bauds affectent la longueur totale autorisée du réseau, qui varie d'environ 1 km à 40 kbit/s à 40 m à 1 Mbit/s. La longueur maximale du stub, ou longueur du réseau CAN central que les nœuds peuvent placer, est également affectée. En général, les tronçons de réseau CAN doivent être inférieurs à 1 m.  

Le CAN haute vitesse est spécifié ou requis par les normes suivantes : 

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

CAN avec débit de données flexible (CAN FD) est la prochaine génération de communication CAN haute vitesse avec des normes en constante évolution pour des débits de données plus élevés.  NI a activé des vitesses allant jusqu'à 8 Mbit/s en utilisant les émetteurs-récepteurs TJA1041 et TJA1043 via le driver NI-XNET.  Le débit global en bauds pour les réseaux FD est le même que le CAN haute vitesse, c’est juste le débit de données qui est le plus rapide.  Au fur et à mesure que les fournisseurs d’émetteurs-récepteurs remplissent les conditions requises pour les vitesses CAN FD, NI mettra à jour sa documentation si nécessaire.

Terminaison CAN haute vitesse/FD

Pour le CAN haute vitesse/FD, les deux extrémités de la paire de fils de signaux (CAN_H et CAN_L) doivent être terminées. En effet, la communication circule dans les deux sens sur le bus CAN. CAN_L est la broche 2 et CAN_H est la broche 7 sur le connecteur D-SUB standard à 9 broches. L'impédance des résistances de terminaison sur un câble doit être égale à l'impédance nominale du câble. ISO 11898 requiert un câble avec une impédance nominale de 120 Ω ; par conséquent, vous devriez utiliser des résistances de 120 Ω pour la terminaison. Si vous placez plusieurs appareils le long du câble, seuls ceux aux extrémités du câble doivent avoir une résistance de terminaison. La figure 1 montre un exemple de terminaison d'un réseau haute vitesse.

Figure 1. Terminer un réseau CAN haute vitesse

Câbles et accessoires CAN haute vitesse/FD

Les interfaces NI-XNET haute vitesse/FD et CAN sélectionnables par logiciel/FD ont une terminaison embarquée sélectionnable par logiciel. Cela vous donne la possibilité d’ajouter par programmation une terminaison au réseau chaque fois que nécessaire sans changer de câble.

Figure 2. Terminaison sélectionnable par logiciel NI-XNET

NI propose également des câbles CAN terminés et non terminés pour connecter les interfaces CAN haute vitesse/FD de NI aux périphériques et réseaux CAN. Les anciens périphériques NI CAN n'ont pas de terminaison sélectionnable par logiciel, vous devrez donc peut-être acheter des câbles à terminaison pour les utiliser avec ces interfaces. 

En général, lorsque vous connectez un seul périphérique CAN à une interface NI CAN, vous pouvez activer la terminaison ou utiliser un câble à terminaison par programmation. Dans la première option, le périphérique NI-XNET connecte une résistance de 120 Ω entre CAN_H et CAN_L à l'aide de relais. Dans le cas du câble à terminaison, il contient une résistance de 120 Ω installée sur les lignes CAN_H et CAN_L dans le connecteur le plus proche de l'étiquette du numéro de référence du câble NI. 

Lors de la connexion de plusieurs périphériques CAN qui ont déjà une terminaison, les câbles non terminés NI sont recommandés.  

La boîte de dérivation NI CAN offre un commutateur pour activer et désactiver la terminaison 120 Ω et 60 Ω sur un réseau CAN pour une flexibilité maximale. 

Pour en savoir plus, consultez le Manuel NI-XNET ou le Manuel matériel et logiciel NI-CAN.

Le CAN basse vitesse/tolérant aux pannes est conçu pour résister aux ouvertures, aux courts-circuits et aux charges incorrectes sur l’une des lignes de données CAN, en retombant sur une seule ligne de données lorsqu’une défaillance est rencontrée. Pour préserver les fonctionnalités réseau dans un scénario où une ligne de données ne s'ouvre pas, des résistances de terminaison sont requises à chaque nœud. Ces fonctionnalités supplémentaires de tolérance aux pannes limitent la vitesse maximale d’un réseau CAN basse vitesse/à tolérance aux pannes à 125 kbit/s.  

Le CAN basse vitesse/à tolérance de panne se trouve dans les spécifications suivantes : 

• ISO-11898-3
• ISO-11992-1

Terminaison CAN basse vitesse/à tolérance de panne

Pour le CAN basse vitesse/à tolérance de panne, chaque périphérique du réseau a besoin d'une résistance de terminaison pour chaque ligne de données : R(RTH) pour CAN_H et R(RTL) pour CAN_L. Contrairement à la terminaison CAN haute vitesse, CAN basse vitesse exige que la terminaison soit sur l'émetteur-récepteur plutôt que sur le câble. Déterminer la résistance de terminaison nécessaire pour la carte se trouve dans le manuel. La figure 3 montre un diagramme des emplacements des résistances de terminaison sur un réseau basse vitesse.

Figure 3. Terminaison CAN faible vitesse/à tolérance de panne

Câbles et accessoires CAN basse vitesse

Comme chaque nœud d'un réseau CAN basse vitesse/à tolérance de panne est terminé, les interfaces CAN NI à tolérance de panne sont livrées avec des résistances de terminaison embarquées. Le Manuel NI-XNET et le Manuel NI-CAN contiennent des instructions pour ajuster ces résistances si votre application requiert des valeurs différentes. Vous ne devriez utiliser que des câbles CAN non terminés pour connecter les interfaces CAN à tolérance de panne NI aux périphériques et réseaux CAN à tolérance de panne. 

Le CAN monofilaire se trouve principalement dans les applications automobiles spécialisées et met l’accent sur le faible coût. Défini dans la spécification SAE 2411, le CAN monofilaire n’utilise qu’un seul fil de données CAN asymétrique, contrairement aux fils CAN différentiels que l’on trouve dans la plupart des applications. L’immunité au bruit réduite du CAN monofilaire limite ses vitesses à 33,3 kbit/s ou 83,3 kbit/s. 

Terminaison CAN monofilaire

CAN monofilaire spécifie une seule résistance de 9,09 kΩ pour l'ensemble du réseau. Les interfaces NI dotées d’émetteurs-récepteurs CAN monofilaires incluent une résistance intégrée de 9,09 kΩ, donc aucune résistance supplémentaire n’est nécessaire.

Figure 4. Connexion entre deux périphériques CAN monofilaires

Les émetteurs-récepteurs CAN monofilaires ne sont disponibles que sur les interfaces PCI et PXI sélectionnables par logiciel NI-XNET. 

Câbles CAN monofilaires 

Étant donné que les réseaux CAN monofilaires sont déjà terminés, vous ne devriez utiliser que des câbles CAN non terminés pour connecter les interfaces CAN monofilaires NI aux périphériques et réseaux CAN monofilaires. Les interfaces CAN à tolérance de panne NI sont livrées avec des résistances de terminaison embarquées. Le Manuel NI-CAN Hardware and Software contient de plus amples informations sur le CAN monofilaire aux pages 3-16 et 4-20.

Parfois, les applications CAN utilisent un émetteur-récepteur non standard ou spécialisé pour une application particulière. Avec les interfaces sélectionnables par logiciel NI-CAN, il est possible de contourner les émetteurs-récepteurs embarqués et de connecter un émetteur-récepteur personnalisé au connecteur externe de la carte sans modification de l'interface.

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