如何使用ZPS-CANFD進行CAN信號質量評估？
2025-02-28
為什么要評估檢查CAN信號的質量？
CAN總線通信可靠性直接依賴于信號電平的精確識別能力。當信號質量劣化時，節點可能因顯性/隱性電平閾值（Vdiff）偏離規范范圍，導致位采樣點電平誤判。這種誤判輕則產生錯誤幀干擾通信，重則觸發總線關閉保護機制，造成節點通信功能失效。因此，信號質量評估成為保障CAN總線健壯性的關鍵環節。針對網絡的總線信號質量分析能夠呈現圖表對比各個節點之間的通信質量差異，快速排序定位信號質量不佳的節點，為解決系統的通信質量問題提供一種便捷的途徑。
CAN信號質量評估原理
CAN節點是通過差分信號進行通信的，因此，CAN信號質量的評估對象為差分信號的波形。我們從差分信號波形的邊沿速率、穩定幅值及反射失真三個方向元素按照一定的規則對信號質量進行綜合評估，評分以百分比的形式呈現。
評分計算公式為：
CAN信號質量總分 = (邊沿速率評分×邊沿速率權重 + 穩定幅值評分×穩定幅值權重 + 反射失真評分×反射失真權重) ÷ 100
注:對三種元素如何選擇評估，可根據需要設置權重，如只對邊沿速率評估，CAN信號質量總分=(邊沿速率評分x100+穩定幅值評分x0+反射失真評分x0)÷100。
1、各元素計算方法
關于信號質量評分計算公式中的邊沿速率評分、穩定幅值評分、反射失真評分的計算，涉及到的相關參數如圖1所示：
無干擾電壓范圍（Udisturb）：是指待評估差分波形段中顯性位電平的最小值和隱性位電平的最大值之間的差值。
峰峰值：是指波形中最大值和最小值的差值。
邊沿時間：是指波形中信號電平變換時所經歷的時間，包括上升沿和下降沿。
位時間：是指波形中一個位的寬度。
（1）邊沿速率評分
信號質量的好壞與信號邊沿的陡峭程度也有很大的關聯，過于平緩的邊沿會導致CAN通信出現異常。邊沿速率評分，即是對信號邊沿的陡峭程度進行評估，其評分公式如下：
邊沿速率評分 = (1 - 邊沿時間/位時間×2) × 100%
由計算公式可知，邊沿時間越大，評分越低；當邊沿時間達到位時間的50%時，評分為0%。
（2）穩定幅值評分
信號質量的好壞與信號的幅值（幅值是指頂部值與底部值之間的差值）密切相關，而CAN差分波形對應的頂部值和底部值應滿足ISO 11898-2標準，否則可能出現CAN通信異常的現象。
穩定幅值評分，就是對無干擾電壓范圍與幅值常見值的接近程度進行評估，從而判斷信號質量的好壞。其評分公式如下：
穩定幅值評分 = (無干擾電壓范圍 - 1V) / (2.2V - 1V) × 100%
由計算公式可知，當無干擾電壓范圍為1V時，評分為0%；當無干擾電壓范圍為2.2V時，評分為100%。
（3）反射失真評分
信號在波形頂部值和底部值附近的抖動直觀地反映了信號受到干擾的情況，即往往會使波形出現預沖和過沖現象，而反射失真評分就是對出現的預沖和過沖現象進行的評估，也即是對無干擾電壓范圍與峰峰值電壓之間的關系進行評估，從而判斷信號質量的好壞。其評分公式如下：
反射失真評分 = 無干擾電壓范圍 / 峰峰值 × 100%
由計算公式可知，當峰峰值與無干擾電壓范圍越接近時，評分越高，此時表征信號波形的預沖、過沖現象較不明顯，當峰峰值和無干擾電壓范圍相等時，評分為100%。
實測步驟
通過ZPS的總線信號質量評估功能可以實現對CAN單節點或網絡進行質量評分，其操作步驟如下。
第一步，ZPS的CAN1通道和DUT的CAN通道連接；
第二步，設置波特率、終端電阻及工作模式等；
第三步，開啟ZPS軟件中的CAN1通道按鈕，采集一段時間DUT發送的報文；
第四步，打開"總線信號質量評估"功能，選擇對報文接收主窗口或過濾窗口中的樣本數據進行信號質量評分；
第五步，點擊總線信號質量評估界面的按鈕，即可看到評估結果。由結果可以知道,ID為0x01120007的節點的信號質量較差，可進一步分析該節點的差分電壓、邊沿時間及干擾情況等，以保證通信的可靠性。
