CAN 물리 계층 및 종단 처리 가이드

컨트롤러 영역 네트워크는 소형 의료 디바이스에서부터 대형 접지 이동 장비까지 다양한 임베디드 어플리케이션에 사용됩니다. 도구의 소프트웨어와 기능적 호환성을 유지하면서 이러한 다양한 어플리케이션에서 CAN의 비용과 성능을 최대한 활용하려면 다양한 물리적 계층을 사용하여 서로 다른 표준에 최적화할 수 있습니다. CAN 구현의 물리 계층은 사용하는 케이블 연결 타입, 전기 신호 레벨, 종단 방식을 결정합니다. CAN 컨트롤러를 네트워크에 연결하는 CAN 인터페이스의 부분을 트랜시버라고 합니다. 

물리 계층에 관계없이 소프트웨어 레벨에서 동일한 도구를 사용하여 모든 CAN 네트워크에 접근할 수 있습니다. CAN 네트워크 간의 유일한 차이점은 사용되는 트랜시버입니다. PC CAN 인터페이스 제조업체는 다음 세 가지 방법을 통해 다양한 트랜시버를 구현합니다. 

1. 사용자가 인터페이스를 특정 네트워크에 맞게 변경하는 일반 CAN 인터페이스에 설치된 사용자 교환 가능한 트랜시버
2. 물리 계층마다 전용 하드웨어 인터페이스가 있는 인터페이스당 트랜시버 내장
3. 릴레이를 통해 네트워크에 연결되고 호스트 어플리케이션이 스위칭하는 여러 소프트웨어로 선택 가능한 내장 트랜시버

NI CAN 인터페이스는 전용 인터페이스와 소프트웨어에서 선택 가능한 인터페이스와 함께 두번째 및 세번째 타입으로 사용할 수 있습니다. 일반적으로 소프트웨어로 선택 가능한 인터페이스는 랩 또는 자동화 테스트 환경과 같이 끝 CAN 네트워크를 알 수 없고 변경될 수 있는 어플리케이션에 사용됩니다. 최종 CAN 네트워크를 사용하는 임베디드 및 전용 어플리케이션의 경우, 내장형 트랜시버를 사용하면 비용을 절감하고 복잡성을 줄일 수 있습니다. 다음 세 가지 타입의 NI CAN 플랫폼을 사용할 수 있습니다:

1. NI-XNET PCI, PXI 및 C 시리즈 CAN: 내장, 소프트웨어에서 선택 가능
2. NI USB CAN: 내장
3. CompactRIO CAN: 내장

고속 CAN은 가장 일반적인 CAN 트랜시버입니다. 이는 거의 모든 생산 자동차에서 사용되며, 미국에서 판매되는 2008년 모델 및 이후 버전의 온보드 진단(OBD-II) 차량에서 필수로 사용됩니다.  

고속 CAN 계층은 최대 1 Mbit/s까지의 전체 표준 속도를 사용할 수 있는 가장 빠른 CAN의 이름을 따릅니다. 고속 CAN 네트워크는 40 kbit/s ~ 1 Mbit/s의 보 전송속도를 지원합니다. 가장 일반적인 속도인 500 kbit/s는 자동차 환경에서 사용됩니다.   

보 전송속도는 네트워크의 전체 허용 길이에 영향을 미치며, 이는 40 kbit/s에서 약 1 km에서 1 Mbit/s에서 40 m까지의 범위입니다. 노드가 놓을 수 있는 중앙 CAN 네트워크의 최대 구간 길이 또는 길이는 또한 영향을 받습니다. 일반적으로 CAN 네트워크 스텁은 1 m 미만이어야 합니다.  

고속 CAN은 다음과 같은 기준으로 지정되거나 요구됩니다: 

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

유연한 데이터 속도를 갖춘 CAN(CAN FD)는 더 높은 데이터 속도를 위한 발전하는 표준이 있는 차세대 고속 CAN 통신입니다.  NI는 NI-XNET 드라이버를 통해 TJA1041 및 TJA1043 트랜시버를 사용하여 최대 8Mbit/s의 속도를 지원합니다.  FD 네트워크의 전체 보 전송속도는 고속 CAN과 같습니다. 데이터 속도만 더 빠릅니다.  트랜시버 공급업체가 CAN FD 속도에 대한 자격을 충족하게 되면서 NI는 필요에 따라 문서를 업데이트할 것입니다.

고속/FD CAN 종단 처리

고속/FD CAN의 경우, 신호 와이어 쌍(CAN_H 및 CAN_L)의 양쪽 끝이 모두 종단되어야 합니다. 이는 CAN 버스에서 양쪽 방향으로 통신이 이루어지기 때문입니다. CAN_L은 표준 9핀 D-SUB 커넥터의 핀 2이고 CAN_H는 핀 7입니다. 케이블의 종단 저항은 케이블의 공칭 임피던스와 같아야 합니다. ISO 11898에 따라 공칭 임피던스가 120 Ω인 케이블이 필요하므로, 종단에 120 Ω 저항을 사용해야 합니다. 케이블에 여러 디바이스가 연결되는 경우, 케이블 끝의 디바이스만 종단 저항을 가져야 합니다. 그림 1은 고속 네트워크를 종단하는 방법의 예를 보여줍니다.

그림 1. 고속 CAN 네트워크 해제

고속/FD CAN 케이블 및 액세서리

NI-XNET 고속/FD 및 소프트웨어 선택 가능/FD CAN 인터페이스에는 내장 소프트웨어 선택 가능 종단 기능이 있습니다. 이렇게 하면 케이블을 바꾸지 않고 필요한 경우 네트워크에 종단을 프로그램적으로 추가할 수 있습니다.

그림 2. NI-XNET 소프트웨어 선택 가능한 종료

NI는 또한 NI 고속/FD CAN 인터페이스를 CAN 디바이스 및 네트워크에 연결하는 종단형 및 종단되지 않은 CAN 케이블을 제공합니다. 레거시 NI CAN 디바이스에는 소프트웨어에서 선택할 수 있는 종단이 없으므로, 해당 인터페이스와 함께 사용할 종단 케이블을 구입해야 할 수도 있습니다. 

일반적으로, NI CAN 인터페이스에 단일 CAN 디바이스를 연결할 때에는 프로그램적으로 종단 처리를 활성화하거나 종단된 케이블을 사용할 수 있습니다. 첫 번째 옵션에서는 NI-XNET 디바이스가 릴레이를 사용하여 CAN_H와 CAN_L 사이에 120 Ω 저항을 연결합니다. 종단 케이블의 경우, NI 케이블 부품 번호 라벨에 가장 가까운 커넥터에 CAN_H 및 CAN_L 라인에 한 개의 120 Ω 저항이 설치되어 있습니다. 

이미 종단된 여러 CAN 디바이스를 연결하는 경우, NI 종단되지 않은 케이블을 사용할 것을 권장합니다.  

NI CAN 브레이크아웃 박스는 CAN 네트워크에서 120 Ω 및 60 Ω 종단을 활성화하고 비활성화하는 스위치를 제공하여 유연성을 극대화합니다. 

자세한 내용은 NI-XNET 매뉴얼 또는 NI-CAN 하드웨어 및 소프트웨어 매뉴얼을 참조하십시오.

저속/무정지형 CAN은 CAN 데이터 라인 중 하나에서 열기, 단락, 부정확한 로드가 발생하여 결함이 발생할 때 단일 데이터 라인으로 떨어지는 것을 방지하도록 설계되었습니다. 데이터 라인이 열리지 않는 경우 네트워크 기능을 보존하려면, 각 노드에서 종단 처리 저항이 필요합니다. 이러한 추가적인 내결성 기능은 저속/무정지형 CAN 네트워크의 최대 속도를 125 kbit/s로 제한합니다.  

저속/무정지형 CAN은 다음 스펙에서 찾을 수 있습니다: 

• ISO-11898-3
• ISO-11992-1

저속/내결함성 CAN 종단

저속/무정지형 CAN의 경우, 네트워크의 각 디바이스는 각 데이터 라인에 대해 종단 처리 저항이 필요합니다. CAN_H의 경우 R(RTH), CAN_L의 경우 R(RTL) 고속 CAN 종단 처리의 경우와 달리, 저속 CAN에서는 종단 처리가 케이블이 아닌 트랜시버에 있어야 합니다. 보드의 필요한 종단 저항 결정은 매뉴얼에서 찾을 수 있습니다. 그림 3은 저속 네트워크에서 종단 처리 저항 위치의 다이어그램을 보여줍니다.

그림 3. 저속/내결함성 CAN 종단

저속 CAN 케이블 및 액세서리

저속/무정지형 CAN 네트워크의 모든 노드가 종단되기 때문에, NI 무정지형 CAN 인터페이스는 내장 종단 처리 저항이 포함되어 배송됩니다. NI-XNET 매뉴얼 및 NI-CAN 하드웨어 및 소프트웨어 매뉴얼에는 어플리케이션에 다른 값이 필요한 경우 이러한 저항을 조정하는 방법이 설명되어 있습니다. NI 내결함성 CAN 인터페이스를 내결함성 CAN 디바이스 및 네트워크에 연결하려면 종단되지 않은 CAN 케이블만을 사용해야 합니다. 

단일 와이어 CAN은 주로 특수 자동차 어플리케이션에서 사용되며, 저렴한 비용을 강조합니다. SAE 2411 스펙에서 정의된 단일 와이어 CAN은 대부분의 어플리케이션에서 사용되는 차동 CAN 와이어와는 달리 하나의 단일 종단형 CAN 데이터 와이어만을 사용합니다. 단일 와이어 CAN의 노이즈 방지 감소로 인해 속도가 33.3 kbit/s 또는 83.3 kbit/s로 제한됩니다. 

단일 와이어 CAN 종단

단일 와이어 CAN은 전체 네트워크에 대해 단일 9.09 kΩ 저항을 지정합니다. 단일 와이어 CAN 트랜시버가 있는 NI 인터페이스에는 9.09 kΩ 저항이 내장되어 있으므로 추가적인 저항이 필요하지 않습니다.

그림 4. 두 개의 단일 와이어 CAN 디바이스 사이의 연결

단일 와이어 CAN 트랜시버는 NI-XNET 소프트웨어에서 선택 가능한 PCI 및 PXI 인터페이스에서만 사용할 수 있습니다. 

단일 와이어 CAN 케이블 

단일 와이어 CAN 네트워크가 이미 종단되어 있기 때문에, NI 단일 와이어 CAN 인터페이스를 단일 와이어 CAN 디바이스 및 네트워크에 연결하려면 종단되지 않은 CAN 케이블만을 사용해야 합니다. NI의 내결성 CAN 인터페이스는 내장 종단 처리 저항과 함께 제공됩니다. NI-CAN 하드웨어 및 소프트웨어 매뉴얼 에는 3-16 및 4-20 페이지에 단일 와이어 CAN에 대한 자세한 정보가 포함되어 있습니다.

CAN 어플리케이션은 때때로 특정 어플리케이션에 대해 비표준 또는 특수 트랜시버를 사용합니다. NI-CAN 소프트웨어에서 선택 가능한 인터페이스를 사용하면 인터페이스를 수정하지 않고 내장 트랜시버를 건너뛰고 사용자 지정 트랜시버를 보드의 외부 커넥터에 연결할 수 있습니다.

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• NI-XNET CAN, LIN 및 FlexRay 플랫폼 개요