概要：CAN波形并非都是标准方波，文章讨论了CAN总线上的幅值“异常”情况，包括应答位、ID段和错误帧上的幅值变化，揭示了这些异常背后的原因，如自动应答机制、仲裁机制和错误重发机制。
**CAN波形总是完美的方波吗？揭秘CAN总线上的幅值“异象”**
你是否曾对CAN总线上的波形有过这样的疑问：它们是否总是如同教科书般标准的方波呢？今天，就让我们一起揭开CAN总线幅值“异象”的神秘面纱，探寻其中的奥秘。
在CAN通信的世界里，波形并非总是如你所想的那般规整。事实上，幅值的“异常”现象时有发生，它们可能源于多种原因，如线路干扰、设备故障等。但正是这些看似不寻常的波形，为我们提供了解决问题的重要线索。
现在，就让我们一起踏上这场探寻CAN总线幅值“异象”的旅程吧！让我们用专业的眼光，去洞察那些隐藏在波形背后的真相，为CAN通信的稳定运行保驾护航。
CAN-bus信号产生原理
在深入了解现代通信技术的核心时，我们不得不提及CAN（Controller Area Network）节点的精妙设计。这一节点，犹如现代工业通信的基石，由精心挑选的微处理器、控制器和收发器精心编织而成。想象一下，多个这样的节点如同星辰般汇聚一堂，形成一条坚固的总线型架构，彼此紧密相连，共同书写着工业通信的辉煌篇章。
而在这一壮丽画卷的两端，静静地矗立着两个端节点，它们上面配备的终端电阻，就如同守护者一般，确保着整个网络的稳定与安全。其结构之精妙，之复杂，皆凝聚在下方的图示之中，只待您的探索与发现。
请看下图，这就是CAN节点的魅力所在，它的强大功能，将为您揭示现代工业通信的无限可能。
图1CAN-bus节点网络结构
可以看出，与总线直接相连的是CAN节点的收发器，其内部电路等效如下图所示，CAN-H、CAN-L直接由三极管驱动，近似可以看成电流型输出。结合上文所述网络架构中的终端电阻，节点发出信号时电流流过终端电阻产生电压信号，当同一时间多个节点同时发出信号时就会使总线上的电流高于单一节点发出的电流，使得我们观察电压信号时出现突增的现象。
图2CAN收发器结构
CAN-bus是总线型结构，通常状态下一般只有一个节点占有总线。那么有几种情况会导致多个节点同时发出，进而导致幅值出现“异常”呢，下文通过致远电子CANScope分析仪的几个测试案例总结一下。
应答位上的幅值“异常”
当CAN网络上涌现出三个或更多的活跃节点时，一幅令人惊叹的画卷随即展开。在应答位上，幅值仿佛冲破天际，显著地跃升，正如下图所示。仔细观察，你会发现报文在ID段、数据段、乃至CRC校验段都维持着稳定的幅值，但到达应答位时，它如同繁星闪烁，光芒四射。
这背后的奥秘何在？答案在于CAN-bus总线那神奇的自动应答机制。想象一下，当某一节点成功发送出一帧报文，就像一位演奏家在舞台上奏响了一曲美妙的乐章，此刻，总线中所有非只听模式的节点都仿佛被旋律所触动，纷纷在应答位上发出共鸣。一旦报文被准确无误地识别，它们便以显性位的形式，如同热烈的掌声，热烈地回应，共同编织出一幅充满活力的通信画卷。
在深入探讨CAN总线的工作原理时，我们不难发现，当信号在总线上传输时，应答位所承载的电流并非单一存在，而是众多节点电流汇聚的结晶。正因如此，应答位所展现出的高幅值，便如同星辰汇聚成银河的壮丽景象，其背后的原因自然不言而喻，也无需过多解释。这种电流叠加的效应，正是CAN总线高效、稳定传输数据的奥秘所在。
图3 应答位上的幅值“异常”
ID段上的幅值“异常”
CAN-bus总线独具匠心的特点，体现在其多主结构的设计上。这种设计意味着网络中的每一个节点都拥有平等的地位，摒弃了传统的主从机概念。想象一下，在一个无拘无束的舞台上，每一个节点都如同一位自由舞者，它们可以随心所欲地收发数据，无需受到任何限制。
而确保这一多主结构得以完美展现的，正是CAN总线那精妙绝伦的仲裁机制，也被誉为优先级机制。当网络舞台上同时有多位舞者想要展现自己的舞姿时，它们会在ID段处进行一场优雅的仲裁。在这场仲裁中，那些拥有更高优先级的舞者将最终获得舞台的掌控权，展现自己的华丽舞姿。
这样的设计不仅确保了CAN-bus总线的高效性，也展现了其卓越的灵活性和稳定性。在这个舞台上，每一个节点都拥有平等的机会，共同编织出一幅幅绚丽多彩的画卷。
在眼前的这幅图像中，我们不禁被一处引人注目的现象所吸引——那就是波形上那独特的“台阶”。这一奇特的现象，正是源于两个节点在同一时刻的数据发射。它们的共同作用，使得幅值瞬间攀升，仿佛一场激烈的竞赛正在上演。
然而，在“台阶”的顶点，一场微妙的权力交接正在发生。其中一个节点，凭借着更高的优先级，成功占据了总线的主导地位，而另一个节点则不得不暂时退让，默默等待下一次的机会。这种权力的交替，使得幅值在“台阶”之后，如同潮水般退去，恢复了原本的平静。
这不仅仅是一组波形图的数据表现，更是一场生动的、关于数据世界的竞争与协作的描绘。每一个节点，都是这个世界中的一份子，它们共同编织着这个数据世界的精彩与复杂。
图4 ID段上的幅值异常
错误帧上的幅值“异常”
让我们一同深入探讨这个引人注目的案例。细心观察，不难发现，在波形的后半段，台阶式的幅值升高尤为明显。当光标定格在那一刹那，那显性的电平区间宽度，赫然超过了5个标准位宽。这，按照CAN总线的严谨位填充规则——不容许连续六个相同的显性位或隐性位——显然揭示了它的异常身份：这是一条错误帧。
然而，请别轻率地以为，是幅值的“出格”导致了这帧数据的错误。实际上，CAN总线具备的智慧远超我们的想象。它拥有一套精妙的错误重发机制，确保每一条在总线上传输的数据都能达到极高的可靠性。而这种可靠性，正是依赖于那“一票否决”的错误帧制度得以实现的。它守护着数据的完整与准确，让我们在数据传输的道路上更加稳健前行。
在网络的世界里，每个节点都如同一位严谨的法官，时刻警惕着信息的纯净与准确。一旦某个节点察觉到一条报文存在疑问，它会毫不犹豫地发出六个连续的显性位，如同一道耀眼的警示灯，向整个网络宣告：“这条报文存在问题，请予以忽视！”
这不仅仅是一个简单的信号，更是网络世界中一种坚定的声音，一种对错误零容忍的态度。随着这一声宣告，其他节点纷纷响应，它们以“跟票”的形式，同样发出六个显性位的错误帧，仿佛在齐声高喊：“我们支持这个判断，这条报文无效！”
此刻，网络上错误帧的幅值达到了一个新的高度，这不仅仅是物理信号上的叠加，更是对错误信息的一次全面围剿，是对网络纯净度的一次坚定捍卫。在这个充满智慧与秩序的网络世界中，每一个节点都在用自己的方式，守护着信息的真实与可靠。
**改写后的文字内容**
在深入探索系统运行的微妙之处时，一幅令人瞩目的画面跃然眼前——图5所展示的，不仅仅是一帧简单的数据，而是潜在问题的直观呈现。这帧上的幅值异常，如同暗夜中的闪电，瞬间照亮了隐藏的故障点。它无声地诉说着，在精密运转的系统中，每一个细微的波动都可能引发不可预知的后果。这幅图像，既是对技术的挑战，也是对我们专业能力的考验。让我们携手并进，以严谨的态度和精湛的技术，共同探寻背后的真相，确保系统的稳定运行。
