在CAN、CANFD信號(hào)波形不穩(wěn)定或非理想環(huán)境下，采樣點(diǎn)不一致成為總線通信中的關(guān)鍵隱患，本文分析了采樣點(diǎn)偏移對(duì)總線的影響，并提出優(yōu)化同步策略以提高通信可靠性，為總線設(shè)計(jì)提供重要參考。

為什么采樣點(diǎn)如此重要？

在CAN、CANFD等總線通信中，采樣點(diǎn)（Sample Point）是節(jié)點(diǎn)讀取總線信號(hào)電平的關(guān)鍵時(shí)刻。如果各節(jié)點(diǎn)的采樣點(diǎn)不一致，就像一群人在不同節(jié)奏下跳舞，必然導(dǎo)致混亂——數(shù)據(jù)誤判、通信錯(cuò)誤，甚至系統(tǒng)癱瘓！作為總線通信的“心跳時(shí)刻”，采樣點(diǎn)的精準(zhǔn)度會(huì)影響到系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性。然而，許多工程師在調(diào)試時(shí)往往忽視這一點(diǎn)，直到總線頻繁報(bào)錯(cuò)、數(shù)據(jù)丟失，才意識(shí)到問題的嚴(yán)重性！

采樣點(diǎn)：總線通信的“裁判員”

1、什么是采樣點(diǎn)？

采樣點(diǎn)是指節(jié)點(diǎn)在一個(gè)位時(shí)間（Bit Time）內(nèi)對(duì)總線電平進(jìn)行采樣的位置。通常用百分比表示，例如CAN、CANFD總線常見的采樣點(diǎn)為75%~90%。

過早采樣（如60%）：信號(hào)可能尚未穩(wěn)定，易受噪聲干擾；

過晚采樣（如95%）：可能錯(cuò)過信號(hào)跳變，導(dǎo)致誤碼。

2、采樣點(diǎn)的核心原理

總線通信依賴嚴(yán)格的時(shí)序同步，采樣點(diǎn)的位置由以下因素決定：

● 波特率（Baud Rate）；

● 傳播段（Propagation Segment）；

●相位緩沖段（Phase Buffer Segments）。

其中，傳播段、相位緩沖段以及同步段組成一個(gè)“位”，CAN控制器的最小時(shí)間周期稱作時(shí)間量子（Tq），一個(gè)位由若干個(gè)Tq組成，如圖1所示。

圖1 位時(shí)間結(jié)構(gòu)圖

3、位時(shí)間結(jié)構(gòu)介紹

用一個(gè)通俗的比喻來解釋CAN總線中的這幾個(gè)關(guān)鍵時(shí)間段：把CAN通信想象成一場(chǎng)"傳球比賽"。

假設(shè)你和隊(duì)友們?cè)谕嬉粋€(gè)蒙眼傳球游戲（因?yàn)镃AN總線看不到對(duì)方的信號(hào)），必須嚴(yán)格按節(jié)奏傳遞。這時(shí)候每個(gè)位時(shí)間（1bit的時(shí)間）被分成4個(gè)關(guān)鍵階段：

● 同步段（Sync Segment）—— "預(yù)備！"就像裁判吹哨示意"比賽開始"的時(shí)刻。所有節(jié)點(diǎn)在這里強(qiáng)制對(duì)齊時(shí)鐘，相當(dāng)于喊"1、2、3，開始！"。長(zhǎng)度固定為1個(gè)時(shí)間單位（Tq）。● 傳播段（Propagation Segment）—— "球在飛的時(shí)間"

球（信號(hào)）從發(fā)送方到接收方需要飛行時(shí)間。

這段是用來補(bǔ)償物理延遲的（比如總線長(zhǎng)度導(dǎo)致的信號(hào)延遲）。

長(zhǎng)度可調(diào)，長(zhǎng)距離總線需要設(shè)置更長(zhǎng)時(shí)間。

就像傳球距離遠(yuǎn)時(shí)，要預(yù)留更多時(shí)間等球飛過去。● 相位緩沖段1（Phase Buffer Segment 1）—— "等慢隊(duì)友"

有些隊(duì)友（節(jié)點(diǎn)）反應(yīng)慢，這個(gè)階段是主動(dòng)等待他們跟上節(jié)奏。

如果信號(hào)邊沿來得比預(yù)期晚，會(huì)延長(zhǎng)這個(gè)段來重新同步。

長(zhǎng)度可調(diào)。

相當(dāng)于你傳球后，發(fā)現(xiàn)接球人還沒準(zhǔn)備好，就多等一會(huì)兒。

● 相位緩沖段2（Phase Buffer Segment 2）—— "催快隊(duì)友"

有些隊(duì)友（節(jié)點(diǎn)）反應(yīng)太快，這個(gè)階段是防止他們搶跑。

如果信號(hào)邊沿來得比預(yù)期早，會(huì)縮短這個(gè)段來重新同步。

長(zhǎng)度可調(diào)。

相當(dāng)于接球人如果提前伸手了，你就喊"別急！按節(jié)奏來！"

3、關(guān)鍵總結(jié)：

表1 總結(jié)

采樣點(diǎn)不一致對(duì)總線的四大致命影響

1、數(shù)據(jù)"鬼影"——誤判0和1

問題：節(jié)點(diǎn)A在信號(hào)穩(wěn)定時(shí)采樣（正確），節(jié)點(diǎn)B在信號(hào)跳變時(shí)采樣（誤判）。

案例：某新能源汽車CANFD總線出現(xiàn)無故剎車信號(hào)，查因是某個(gè)ECU采樣點(diǎn)設(shè)置偏早，將噪聲誤判為制動(dòng)指令。

2、總線"堵車"——錯(cuò)誤幀暴增

問題：錯(cuò)誤數(shù)據(jù)觸發(fā)重傳，占用帶寬。

案例：某工廠CAN網(wǎng)絡(luò)突然通信延遲，發(fā)現(xiàn)是新增設(shè)備采樣點(diǎn)與其他節(jié)點(diǎn)相差15%，導(dǎo)致30%的錯(cuò)誤幀重傳。

3、隊(duì)友"掉線"——節(jié)點(diǎn)Bus-Off

問題：錯(cuò)誤累積超限，節(jié)點(diǎn)自動(dòng)退出通信。

案例：某工程機(jī)械儀表盤黑屏，因網(wǎng)關(guān)模塊采樣點(diǎn)不匹配，持續(xù)報(bào)錯(cuò)后進(jìn)入Bus-Off狀態(tài)。

4、玄學(xué)故障——時(shí)好時(shí)壞

問題：高溫/振動(dòng)下故障加劇（信號(hào)抖動(dòng)放大采樣偏差）。

案例：某自動(dòng)駕駛測(cè)試車夜間頻繁報(bào)錯(cuò)，白天正常，最終發(fā)現(xiàn)是低溫下采樣點(diǎn)偏移量超標(biāo)。

三步救命方案

測(cè)：用專業(yè)儀器（比如我們ZPS-CANFD總線分析儀）檢查各節(jié)點(diǎn)采樣點(diǎn)；

調(diào)：統(tǒng)一設(shè)置為推薦值（CAN、CANFD總線通常75%~90%）；

驗(yàn)：模擬高溫/振動(dòng)環(huán)境復(fù)測(cè)。

血淚教訓(xùn)：某車企召回事件，根源竟是供應(yīng)商A的ECU采樣點(diǎn)默認(rèn)85%，供應(yīng)商B的默認(rèn)78%！

ZPS-CANFD總線分析儀功能介紹-節(jié)點(diǎn)采樣點(diǎn)測(cè)量

1、測(cè)試原理

干擾測(cè)試：

ZPS設(shè)備發(fā)送帶干擾脈沖的報(bào)文，逐步從后往前干擾數(shù)據(jù)位，直到被測(cè)設(shè)備（DUT）因采樣錯(cuò)誤而發(fā)送錯(cuò)誤幀。如圖2所示。

圖2 干擾原理

計(jì)算采樣點(diǎn)：

在錯(cuò)誤幀波形中，找到被干擾的位。測(cè)量該位未被干擾部分的脈寬（T_unaffected），除以整個(gè)位時(shí)間（T_bit），即可得到采樣點(diǎn)位置：采樣點(diǎn) = T_unaffected / T_bit2、測(cè)試方法

連接設(shè)備：

按照?qǐng)D3所示，連接CANH、CANL、CAN-GND，并將ZPS-CANFD的DSO口DUT的RX和地線相連（如果DUT無法引出RX可以用網(wǎng)絡(luò)采樣點(diǎn)評(píng)估功能）。

圖3 ZPS與DUT的接線方法

總線配置：

設(shè)置節(jié)點(diǎn)波特率、終端電阻、工作模式，并將采樣比調(diào)至最大，如圖4所示。

圖4 總線配置

參數(shù)設(shè)置

設(shè)置基本參數(shù)、硬件相關(guān)配置、測(cè)試算法等等，按照測(cè)試要求一步步設(shè)置好，大部分參數(shù)使用默認(rèn)參數(shù)，設(shè)置好RX數(shù)據(jù)源即可，如圖5所示。

圖5 參數(shù)設(shè)置

結(jié)果展示

結(jié)果展示界面會(huì)展示仲裁域和數(shù)據(jù)域的測(cè)試過程，并在下方以圖標(biāo)的方式清晰地展示采樣點(diǎn)測(cè)試結(jié)果，如圖6所示。

圖6 采樣點(diǎn)測(cè)試結(jié)果

總結(jié)

CAN、CANFD總線節(jié)點(diǎn)采樣點(diǎn)不一致就像一場(chǎng)錯(cuò)拍的合唱，輕則數(shù)據(jù)誤碼、通信延遲，重則引發(fā)系統(tǒng)宕機(jī)甚至安全事故。無論是汽車電子還是工業(yè)控制，精準(zhǔn)的采樣點(diǎn)同步都是保障總線穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。通過專業(yè)測(cè)試設(shè)備及早發(fā)現(xiàn)并校準(zhǔn)采樣點(diǎn)偏差，才能讓您的通信網(wǎng)絡(luò)告別"數(shù)據(jù)車禍"，真正做到高效可靠！