SAE J193911.docx

1、SAE J193911路面车辆推荐操作规程（被采纳为美国国家标准）SAEJ1939-11：物理层，250K比特/秒，屏蔽双绞线前言本系列SAE推荐操作规程是由卡车及客车电子电气委员会所属的卡车及客车控制及通信小组委员会制定的。该小组委员会的目标是针对电控单元的需求、设计和使用，提交信息报告、制定推荐操作规程。这些电控单元在汽车部件之间传递着电子信号和控制信息。本规程的使用不限于卡车和客车应用，其对于其他的应用也可以提供直接的支持，正如已在建筑及农业设备和固定式的动力系统。本推荐操作规程的最终目标是形成工业标准，因此可能为适应实际应用和技术进步作出经常性的调整。目 录前言 11 目标 42 参考

2、 42.1 应用出版物 42.1.1 SAE出版物 42.1.2 ISO出版物 42.1.3 军用出版物 42.2 相关出版物 52.2.1 53 网络物理层描述 53.1 物理层 53.2 物理介质 53.3 差动电压 53.4 总线电平 63.5 仲裁期间的总线电平 63.6 一般模式总线电压范围 63.7 总线终端 63.8 内部电阻 63.9 差动内部电阻 73.10 内部电容 73.11 差动内部电容 73.12 位时间 73.13 内部延迟时间 103.14 CAN位时序请求 114 功能性描述 135 电气特性 135.1 子数据 135.1.1 电子控制单元 135.1.1.1

3、 绝对最大额定值 145.1.1.2 直流参数 145.1.1.3 交流参数 155.1.2 总线电压操作的 155.1.3 静电放电器（ESD） 155.1.4 物理层示例电路 155.2 物理媒介参数 165.2.1 总线 175.2.2 布局 175.2.3 终端电阻 175.2.4 屏蔽终端 185.3 连结器规定 185.3.1 连接器电子性能要求 195.3.2 连接器机械性要求 196 一致性测试 206.1 ECU的隐性输出 206.2 VCAN-H和VCAN-l的内部电阻 216.3 内部不同电阻 216.4 ECU的隐性输入的阀限 216.5 ECU的显性输出 226.6

4、ECU的显性输出阀限 226.7 内部延迟时间 237 总线错误的讨论 237.1 网络连接失败 237.2 接点能量或地丢失 247.3 断开遮蔽 247.4 开放和短错误 248 注意 258.1 旁注 25附录A 物理层电路范例 26A.1 物理层 例1 26A.2 物理层 例2 26A.3 物理层 例3 27附录B 推荐的电缆终端制造过程 29B.1 推荐的电缆终端制造过程 29附录C 推荐的电缆接合工序 30C.1 推荐的电缆接合工序 30附录D 推荐的电缆修复工序 32D.1 推荐的电缆修复工序 32附录： 33理论基础 33SAE标准和ISO标准之间的关系 33应用 33参考文件

5、 331 目标本推荐规程供轻型、中型或重型的车辆或者合适的使用车辆派生部件（如发动机组）的固定设施使用。涉及的车辆包括（但不限于）：卡车及其拖车；建筑设备以及农业设备和器具。本推荐规程的目的是提出一个电子系统间的开放互联系统。即通过提供一个标准的框架使电控单元（Electronic Control Units，ECU）之间可以实现相互通信。2 参考有关推荐规程的一般信息可以在SAE J1939中找到。2.1 应用出版物下列出版物内容包含了一部分扩展特别规定的规程。除非特别说明，所发布SAE出版物是最新版本。2.1.1 SAE出版物可在SAE，400 Commonwealth Drive, Wa

6、rrendale, PA 15096-0001获得。SAE J1939/13汽车元件电磁适应性测量过程 13部分抗静电干扰SAE L1128低压基础电线SAE J1939（草案）汽车网络串行控制通信的推荐规程2.1.2 ISO出版物可从ANSI,11 WEST 42 nd STREET,NEW YORK,NY 10036-8002获得。ISO 6722公路汽车无屏蔽低压电线2.1.3 军用出版物可从DODSSP, Subscription Service Desk, Building 4D, 700 Robins Avenue, Philadelphia, PA 19111-5094获得。MI

7、L-C-85485电缆，电动，过滤线2.2 相关出版物下列出版物只提供信息参考，而非本文档必要组成部分。2.2.1 ISO出版物可从ANSI,11 WEST 42 nd STREET,NEW YORK,NY 10036-8002获得。ISO 6722公路汽车数字信息交换高速通信的控制器局域网（CAN）3 网络物理层描述3.1 物理层物理层实现网络中电控单元（ECU）的电子连接。ECUs数目限制于总线的负载承受能力。根据现行规程中电学参数定义，在特定网段上ECUs的最大数目定为30。3.2 物理介质本文档定义了物理介质中屏蔽双绞线。此双绞线特定阻抗为120，电流对称驱动。两条线分别命名为CAN_

8、H和CAN_L。相应ECUs的管脚线名称由CAN_H和CAN_L分别定义。屏蔽终端的第三方连接由CAN_SHLD定义。3.3 差动电压CAN_H和CAN_L的相对于每个单独ECU地的电压有VCAN_H和VCAN_L 。VCAN_H和VCAN_L 间的差动电压由等式1定义： Vdiff = VCAN_H VCAN_L （等式1）3.4 总线电平总线总处于两种逻辑状态即隐性和显性的其中之一。VCAN_H和VCAN_L与中值电压相关。在终端总线上，Vdiff接近于零显性状态由大于最小极限的差动电压表示。显性状态覆盖隐性状态并在显性位中传输。3.5 仲裁期间的总线电平在给定的位时间里，总线上显性位和隐

9、性位的冲突仲裁结果是显性位。图1物理位表示法3.6 一般模式总线电压范围一般模式总线电压范围由CAN_H和CAN_L的边界电压值定义。在连接在总线上的所有ECU正常运行的前提下，CAN_H和CAN_L的电压值由单独各个ECU的地测得。3.7 总线终端总线在各个末端上有阻值为RL的电阻。RL不应该放置在ECU中，因为如果其中一个ECU断线，总线将失去终端（见图2）。（亦可见电阻特性5.2.3）3.8 内部电阻ECU的内部阻抗Rin定义为CAN_H（或CAN_L）和地之间的电阻值。这必须是隐性位状态，ECU和总线断开（见图3）。3.9 差动内部电阻ECU的差动内部电阻Rdiff定义为CAN_H和C

10、AN_L间的电阻值。这必须是隐性位状态，ECU和总线断开（见图4）。3.10 内部电容ECU的内部电容Cin定义为CAN_H（或CAN_L）和地之间的电容值。这必须是隐性位状态，ECU和总线断开（见图3）。3.11 差动内部电容ECU的差动内部电容Cdiff定义为CAN_H和CAN_L间的电容值。这必须是隐性位状态，ECU和总线断开（见图4）。3.12 位时间位时间tB由一位的持续时间定义（见图5）。在位时间内执行的总线管理功能，如ECU同步，网络传输延迟补偿和采样点定位，由CAN协议IC（集成电路）的可编程位时序逻辑定义。本文档的位时间是4s,相对应于250Kbit/s。 位段不同名称由CA

11、N协议ICs供应商使用，两个位段可以定义为同一名称。图2物理层功能图3处于隐性状态的ECU内部电容和电阻的图解图4处于隐性状态的ECU差动内部电容和电阻的图解图5位划分a. SYNC SEG位时间中的这部分是用来同步总线上的不同ECUs。边缘在此位段中。b. PROP SEG位时间中的这部分是用来补偿网络中物理延迟时间。延迟时间是由于总线传播时间和ECUs内部延迟时间造成的。c. PHASE SEG1和PHASE SEG2这些相缓冲段用来补偿相错误。它能够由重同步决定增长或缩短。d. 采样点采样点是指读取并翻译总线上各位值的时刻。它位于PHASE_SEG1的尾部。3.13 内部延迟时间ECU的

12、内部延迟时间tECU定义为相对于协议IC的位时序逻辑单元，在传输和接受中全部异步延迟的总和。详细细节见图6。a. 同步 硬同步和重同步是同步的两种形式。它们遵循以下规则：1. 在一个位时间内只允许一个同步。2. 只有前采样点（原先总线读数）测得的值与边缘后总线的立即读数不同时，才在同步中使用边缘的概念。3. 在上述的边缘中使用硬同步，只要是“隐性”到“显性”的边缘转化。4. 遵循规则1和2的所有其他“隐性”到“显性”的边缘转化可在重同步中使用。但有例外，如果在同步中只有“隐性”到“显性”的边缘转化，传送者将不可能实现在“隐性”到“显性”边缘转化中带有正极期错误的重同步。b. 同步跳跃宽度（SJ

13、W）同步的结果可能是PHASE_SEG1变长而PHASE_SEG缩短。相位段增长或缩短的数目有同步跳跃宽度给定的上限。同步跳跃宽度小等于PHASE_SEG1。 备注：1) 输入输出ECU延迟的总和包括ECU相对于位时序逻辑而言与总线断开。这些都是很重要的。这个ECU重要的参数见3.12 t_ECU = t_Output + t_Input Where_=ECU(A,B)2) 正确的仲裁要满足以下条件： tAECU + tBECU + 2*tBusline=tPROP_SEG +( tPROP_SEG1-tSJW) SYNC_SEG并不重要，因为该段可能在多种模式转换的相移位中丢失。 tSJW是

14、PHASE_SEG1的一部分，用来补偿相错误。它是从可用时间上减去的，因为峰值可能导致tSJW的相移位。这意味着关于ECU A同步的先导传输位时序逻辑应当知晓在采样点处总线上位n的电平。t_ECU的范围主要取决于位速率，总线长度和可能地位时间长度，如仲裁条件所示。3) 此协议ICs可接受的晶振公差和潜在的失步取决于PHASE_SEG1和2。图6仲裁期间ECU A和B的位时序逻辑关系3.14 CAN位时序请求我们有必要保证不同供应商的元件能够组成稳定的网络。若没有任何位时序限制，不同装置则不能正确接受和解释有效信息。在特定网络条件下，特定装置可能可以对网络进行非法访问。另外，这使网络管理（系统诊

15、断）变得异常困难。CAN芯片供应商也推荐特定网络上的所有装置应能用相同的位时间值编程。所有CAN ICs将位时间分割为更小的时间片断tq（time quantum）。对于大多数，CAN ICs，1tq=250ns（16Mhz时钟）（由振荡器频率和波特率预定标器决定）。因此，需要定义位时间注册特定值，以保证网络运行稳定，所有节点能够达到传播延迟和时钟误差的最佳折衷点。注意，不同CAN装置制造商对位段定义会存在差异。我们推荐：被选中的tq允许采样点（见图5）放在某个位时间靠近但不超过7/8处的位置（0.8754s=3.5s）。这使传播延迟和时钟误差达到最佳折衷。我们推荐下列值给在标准时钟频率下运转

16、的典型控制器ICs。对于其他频率，选择不同的值，以保证采样点尽可能靠近但不超过最佳时间。 16MHZ 采样点=0.875tb tq=250ns（16tq/bit） tsync=250ns（1tq） TSEG1=3.25s（13tq） TSEG2=500ns（2tq） 20MHZ 采样点=0.85tb tq=200ns（20tq/bit） tsync=200ns（1tq） TSEG1=3.2s（16tq） TSEG2=300ns（3tq） SJW=1tq（SJW是TSEG1和 TSEG2的一部分） 总位时间= TSEG1+ TSEG2+Tsyncseg=13+2+1=16tq=4s PROP_S

17、EG+PHASE_SEG1=TSEG1 PHASE_SEG2=TSEG2 SYNC_SEG2=SYNC_SEG位时间注册值的选择通常要求所有节点使用晶振振荡器，以保证能达到表1中给定的时钟误差。表1 一个与总线断开的ECU的交流参数参数符号最小值额定值最大值单位条件位时间tB3.9984.0004.002微秒250K位秒内部延迟时间tECU0.00.9微秒内部电容值Cin050100皮法相对于地是电容高压与低压为250K位秒内部电容差示值Coff02550皮法可用时间tavail2.5微秒40米的总线长度信号上升、下降时间tR,tF200500纳秒从信号的10到90处测得1 包括原始公差、温度

18、、时效等。2 对于一个从隐性转为显性的Vdiff =1.0伏以及从显性转为隐性的Vdiff =0.5伏的电压差，应保证tECU的值。从注意1的例子的位计时来看，若有300纳秒的预留，一个CAN接口延迟500纳秒是可能的（控制器不包括在内）。这允许有一个较缓的坡度（图A1和A2中的R3和R4）以及输入过滤器（图A1和A2中的R5、R6、C1、C2）。推荐使用基于EMC的该特征。最小内部延迟时间可能为0。最大允许值是由位计时和总线延迟时间决定的。3 加上内部电容的限制，总线线路也应该有一个尽可能低的自感系数。Cin 和Coff的最小值可能为0，最大的允许值由位计时和网络布局参数I和D（参见表8）决

19、定。如果在每个单个的ECU中，产生的电缆共振波没有抑止低于Vdiff =1伏的显性电平差且没有增大高于Vdiff =0.5伏的隐性电平差（参见表3和4），就保证了正确的功能性。最小内部延迟时间可能为0。最大允许值是由位计时和总线延迟时间决定的。4 可用时间是由IC协议的位计时单位产生的。例如，在大多数Cs控制器中的时间符合TSEG1。由于不同步的原因，它可能会丢失SJW的长度。因此有一个不同步的可用时间（tavail）为TSEG1-SJW毫秒。一个250纳秒的tq时间，且SJW = 1 tq，TSEG1 = 13 tq，TSEG2 = 2 tq使得 tavail3.00纳秒。5 该参数的目的是

20、保证与200皮法的电容并联的加在ECU上的电容高压与低压间的负载应为60欧姆。4 功能性描述如图2所示，线性总线以每个末端的负载电阻RL结束。这些电阻抑制了反射。 如果总线上所有ECU的总线发送器都处于关闭状态，那么总线就处于隐性状态。在这种情况下，平均总线电压可由总线上所有ECU中的无源偏置电路产生。图2中这是由定义接收操作标准的电阻网络来识别。如果至少有一个单元的总线驱动电路是接通的，就有一个显性位发送给总线。这引起电流通过终端电阻，从而引起两条线之间的电压不同。此显性和隐性的状态由一个电阻网络来传递，此电阻网络转换不同总线电压以对应隐性和显性电平，该电平是指在作探测之用的接收电路比较器输

21、入端的电平。5 电气特性5.1 子数据在每个ECU的操作温度范围内必须完全执行这些表中的参数规定。这些参数允许最多有30个ECU连接到给定的总线段。5.1.1 电子控制单元在表1到4中给定的这些限制应用于每个ECU的CAN_H和CAN_L管脚，这些ECU都是从总线上断开的（参见第6章）。表2对于12伏和24伏的电池电压从总线上断开的ECU的VCAN_H和VCAN_L的限制参数符号最小值额定值最大值单位条件最大电压VCAN_H3.016.0伏额定电池电压12伏VCAN_L3.016.0伏最大电压VCAN_H3.016.0伏额定电池电压24伏VCAN_L3.016.0伏5.1.1.1 绝对最大额定

22、值表2中给定的限制是指与总线相连且不损坏收发电路的绝对最大直流电压。尽管此链接不能保证是在这些条件下操作的，却没有时间限制（在一段时间之后，操作CAN IC将导致“错误无源”）。5.1.1.2 直流参数表3和4定义了分别用作表示从总线上断开了的一个ECU的隐性和显性状态的直流参数。表3用作表示从总线上断开了的一个ECU的显性和隐性状态的直流参数隐性状态参数符号最小值额定值最大值单位条件总线电压VCAN_H2.02.53.0伏无负载输出特性VCAN_L2.02.53.0伏电压差输出特性Vdiff_or120050毫伏无负载内部电阻差Rdiff10100千欧无负载内部电阻Rin515千欧无负载输入

23、范围Vdiff1.00.5伏(2)(3)(4)1 产生对称的信号波形和将EMI辐射减到最小，CAN_H和CAN_L的电阻应近似为相同值。相互的偏差应小于5。2 两个并行终端电阻的等价物（60欧）是连接在CAN_H和CAN_L之间的。3 接收必须确保是在表5和表6中分别定义的通常模式的电压范围内。4 尽管只有在错误的条件下Vdiff1.0伏才有可能，它仍应被解释为隐性。表4用作表示从总线上断开了的一个ECU的显性和隐性状态的直流参数显性状态参数符号最小值额定值最大值单位条件总线电压输出特性VCAN_H3.03.55.0伏(1)VCAN_L0.01.51.0伏电压差输出特性Vdiff_ld1.52

24、.02.0伏(1)输入范围Vdiff1.0伏(1)(2)1 两个并行终端电阻的等价物（60欧）是连接在CAN_H和CAN_L之间的。2 接收必须确保是在表5和表6中分别定义的通常模式的电压范围内。表5当所有的ECU连接在总线上时用作表示隐性状态的总线电压参数隐性状态参数符号最小值额定值最大值单位条件总线电压VCAN_L0.12.54.5伏同每个ECU的接地端处测得总线电压差Vdiff400012毫伏在同总线相连的每个ECU处测得1 总线压差是由隐性状态中的所有ECU的输出特性决定的。因此，Vdiff近似为0（参见表3）。最小值是由信号传输必须能够表达一个显性状态位的要求决定的，表示该显性状态位

25、的最小电压为Vdiff1.2伏。表6当所有的ECU连接在总线上时用作表示显性状态的总线电压参数显性状态参数符号最小值额定值最大值单位条件总线电压VCAN_H3.57.0伏同每个ECU的接地端处测得VCAN_L2.01.5总线电压差Vdiff1.22.03.0伏在同总线相连的每个ECU处测得5.0伏在判优期间1 VCAN_H的最小值是由VCAN_L的最小值加上Vdiff的最小值决定的。VCAN_L的最大值是由VCAN_H的最大值减去Vdiff的值决定的。2 当ECU加载到网络中时，由于Rdiff的缘故，总线负载增加，从而Vdiff减小。Vdiff的最小值决定了总线上允许加载的ECU的个数。Vdi

26、ff的最大值由判优期间的上限值所定义。该单操作的Vdiff最大值必须大于3伏。5.1.1.3 交流参数表1定义了ECU的交流参数要求。5.1.2 总线电压操作的在所有的ECU（2到30个之间）连接到正确的终端总线上时，指定在表5和6中应用的参数。总线上任意两个ECU之间的最大允许接地偏差值为2伏。结合该偏差的电极发生在显性状态中（参见表6）。5.1.3 静电放电器（ESD）根据SAE J111313，对于使用15伏的ESD，从总线上断开时，应检测CAN_H和CAN_L。5.1.4 物理层示例电路许多满足先前要求的可能的分散和完整的物理层电路。该电路实现的示例如附录A所示。5.2 物理媒介参数以

27、下章节介绍了电缆、终端和网络布局的特征。（参见表7）表7屏蔽双绞电缆线的物理媒介参数参数符号最小值额定值最大值单位条件阻抗Z108120132欧姆测得在两根信号线之间以1兆赫兹速率传输的3米示例长度，该线接地屏蔽，采用开放短路方式特定电阻rb02550毫欧米在20时测得特定线延迟rp5.0纳秒米67Vp特定电容Cb04075皮法米两导线间Cs070110皮法米导线屏蔽电缆尺寸0.8平方毫米的导线（20AWG）ac0.508毫米平方绝缘线直径dci2.233.05毫米电缆直径dc6.08.5毫米0.8平方毫米的导线（20AWG）ac0.760毫米平方绝缘线直径dci2.53.5毫米电缆直径dc8

28、.511.0毫米屏蔽效力200225毫欧米上限为1兆赫兹的每MIL-C-85485测试方式的表面传递阻抗温度范围C40125加热老化： 3000小时每IS0 6722，用电缆心轴的45倍直径测试。电缆弯曲半径r4倍电缆直径毫米电缆没有性能或物质上老化时的90度弯曲半径。1 由接收ECU检测的总线电压差，该接收ECU依赖于它自己和传输ECU之间的线电阻。因此，信号线总电阻由每个ECU的总线标准参数限定。2 总线上两点间的最小延迟时间可能为0。最大值是由位时间和传输与接收电路的延迟时间决定的。3 其他可用的导线尺寸。部件绝缘尺寸可能要大于SAE J1128中所指定的。设计工程师应确保电缆、接线器与接触点间的兼容性。4 符合SAE J1128对GXL或SXL类型的性能要求（包括可用的排扰线）。5 125或每个OEM所指定的。5.2.1 总线总线由一条CAN_H、一条CAN_L、一条CAN_SHLD导线组成。CAN_H应为黄色，而CAN_L为绿色。另外，电缆必须符合以下的最小要求。5.2.2 布局该网络的接线布局应尽可能接近线