CAN总线断路、短路及反接故障的现象解析及影响评估
2025-10-13
掌握CAN总线的物理故障现象及对应的波形细节，有助于我们对CAN总线的故障排查，通过ZPS-CANFD的"物理层扰动控制面板"可以模拟CAN总线中以下常见的几种物理故障，然后再结合"DSO控制面板"观察故障后CANH、CANL和CAN差分（CANDIFF）信号的波形细节，进而来评估当前故障对CAN总线通信的影响。
表1 常见物理故障类型
图1 ZPS物理故障模拟面板
CAN正常报文和波形
CAN总线主要由一对差分信号线CANH和CANL构成，其电平表达是基于差分信号机制，根据CAN标准规定，CAN差分显性电压识别阈值下限值0.9V、隐性电压识别阈值上限值0.5V，当CAN差分信号符合此条件时表达成对应的显隐性电平。正常时的CANH、CANL和CANDIFF的显、隐性输出电压特点及波形如图2所示。
表2 CAN显隐性电压参考范围
图2 CAN正常报文和波形
故障后的现象分析及影响评估
假设一个CAN总线上只有两个节点，分别是ZPS、USBCANFD-100U，两个设备间的CANH、CANL、CANGND分别对应连接，然后通过ZPS的"物理层扰动控制面板"功能进行物理故障模拟，最后结合报文接收、DSO控制面板窗口对故障后的现象和影响进行分析。
一、CANH断路
1. 使能100U发送报文；
2. 断开CANH，即断开ZPS物理故障模拟面板中"CANH Dis"继电器；
3. 现象如图4所示，从波形上看，CANH、CANL在节点发送时同步下拉并异常密集，CANDIFF波形对应电压在0V左右；
图3 CANH断路故障前后的波形对比图
图4 故障后CANH、CANL、CANDIFF波形细节
4. 使能ZPS发送报文，现象如图5所示，此时受断路故障影响，将导致发送节点（ZPS）的重发机制持续报文发送，但若CAN总线上有多个节点，只断开一个节点不会影响到其它节点间的通信。
图5 CAN总线通信错误
二、CANL断路
1. 使能100U发送报文；
2. 断开CANL，即断开"CANL Dis"继电器；
3. 现象如图7所示，从波形上看，CANH、CANL在节点发送时同步上拉并异常密集，CANDIFF波形对应电压在0V左右；
图6 CANL断路故障前后的波形对比图
图7 故障后CANH、CANL、CANDIFF波形细节
4. 使能ZPS发送报文，现象如图8所示，此时受断路故障影响，将导致发送节点（ZPS）的重发机制持续报文发送，但若CAN总线上有多个节点，只断开一个节点不会影响到其它节点间的通信。
图8 CAN总线通信错误
三、CANH、CANL断路
1. 使能100U发送报文；
2. 断开CANH、CANL，即断开"CANH Dis"、"CANL Dis"继电器；
3. 现象如图9所示，从波形上看，CANH、CANL波形对应电压均在2.5V左右，所以CANDIFF电压在0V左右；
图9 故障后CANH、CANL波形细节
4. 使能ZPS发送报文，现象如图8所示，此时受断路故障影响，将导致发送节点（ZPS）的重发机制持续报文发送，但若CAN总线上有多个节点，只断开一个节点不会影响到其它节点间的通信。
四、CANH对电源（12V）短路
1. 使能100U、ZPS均处于发送报文状态；
2. 将RH电阻设置为0Ω，然后将继电器拨到+12V端；
3. 现象如图10所示，从波形上看，CANH、CANL波形整体被拉高了，细节波形及对应电压如图11所示；
CANH显隐性电压被拉高到12V左右；
CANL显性电压被拉高到7.5V左右，隐性电压被拉高到12V左右；
CANDIFF：隐性电压0V，显性电压3.6V。
图10 CANH对电源短路故障前后波形对比图
图11 故障后CANH、CANL、CANDIFF波形细节及对应电压
4. 因为CANDIFF显隐性电压仍符合CAN理论对显隐性判断的电压范围，所以CAN总线上的所有节点不受故障影响仍能正常通信，如图12所示。
图12 CAN总线通信正常
五、CANL对电源（12V）短路
<> 1. 使能100U、ZPS均处于发送报文状态；<> 2. 将RL电阻设置为0Ω，然后将继电器拨到+12V端；
<> 3. 现象如图13所示，从波形上看，CANH、CANL波形整体被拉高了，细节波形及对应电压如图14所示；
CANH显隐性电压被拉高到12V左右；
CANL显隐性电压被拉高到12V左右；
CANDIFF显隐性电压均为0V。
图13 CANL对电源短路故障前后波形对比图
图14 故障后CANH、CANL、CANDIFF波形细节及对应电压
4. 受故障影响，CANDIFF的显隐性电压均接近0V，所以CAN总线通信中断。
六、CANH、CANL对电源（12V）短路
1. 使能100U、ZPS均处于发送报文状态；
2. 将RH、RL电阻设置为0Ω，然后将对应的两个继电器分别拨到+12V端；
3. 现象如图15所示，从波形上看，CANH、CANL波形电压均在12V左右，所以CANDIFF电压接近0V，所以受故障影响，CAN总线通信中断。
图15故障后CANH、CANL波形细节
七、CANH对地短路
1. 使能100U、ZPS均处于发送报文状态；
2. 将RH电阻设置为0Ω，然后将继电器拨到地端；
3. 现象如图16所示，从波形上看，CANH、CANL波形整体被拉低了，细节波形及对应电压如图17所示；
CANH显隐性电压被拉低到0V左右；
CANL显隐性电压被拉低到0V左右；
CANDIFF显隐性电压均为0V。
图16 CANH对地短路故障前后波形对比图
图17 故障后CANH、CANL、CANDIFF波形细节
4. 受故障影响，CANDIFF的显隐性电压均接近0V，但有毛刺存在影响到CAN通信，导致CAN总线通信异常，如图18所示。
图18 CAN通信异常
八、CANL对地短路
1. 使能100U、ZPS均处于发送报文状态；
2. 将RL电阻设置为0Ω，然后将继电器拨到地端；
3. 现象如图19所示，从波形上看，CANH、CANL波形整体被拉低了，细节波形及对应电压如图20所示；
CANH显性电压被拉低到2.5V左右，隐性电压被拉低到0V左右；
CANL显隐性电压被拉低到0V左右；
CANDIFF：隐性电压0V，显性电压2.3V。
图19 CANL对地短路故障前后波形对比图
图20 故障后CANH、CANL、CANDIFF波形细节
4. 因为CANDIFF显隐性电压仍符合CAN理论对显隐性判断的电压范围，所以CAN总线上的所有节点不受故障影响仍能正常通信。
九、CANH、CANL对地短路
1. 使能100U、ZPS均处于发送报文状态；
2. 将RH、RL电阻设置为0Ω，然后将对应的两个继电器分别拨到地端；
3. 现象如图21所示，从波形上看，CANH、CANL波形电压均在0V左右，所以CANDIFF电压接近0V，所以受故障影响，CAN总线通信中断。
图21 故障后CANH、CANL波形细节
十、CANH对CANL短路
1. 使能100U、ZPS均处于发送报文状态；
2. 将RHL电阻设置为0Ω；
3. 现象如图22所示，从波形上看，CANH、CANL波形电压均在2.5V左右，所以CANDIFF电压接近0V，所以受故障影响，CAN总线通信中断。
图22 故障后CANH、CANL波形细节
十一、CANH和CANL反接
1. 使能100U发送报文；
2. 拨动CAN Ex继电器将CANH和CANL反接；
3. 现象如图24所示，CANH、CANL、CANDIFF波形有序但是电平均不在正常范围之内；
图23 CANH和CANL反接故障前后波形对比图
图24 故障后CANH、CANL、CANDIFF波形细节
4. 使能ZPS发送报文，现象如图25所示，此时受反接故障影响，导致CAN总线波形出现高低混乱的现象，进而导致了CAN总线的通信异常，如图26所示。
图25 故障后CANH、CANL波形细节
图26 CAN总线通信异常
