[캔통신]CAN Bus Troubleshooting 문제 해결 가이드(Termination Resistor, 종단저항)

 

목차

 

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CAN Bus 오류 원인

CAN버스(Controller Area Network)는 주로 자동차에서 사용되지만 다양한 분야에서도 활용되는 고속 네트워크입니다. 이 네트워크는 특히 고품질의 배선이 요구되며, 잘못된 배선, 부적절한 종단 처리, 같은 버스 위에서 여러 주파수의 사용과 같은 문제로 통신 장애가 발생하기 쉽습니다.

 

CAN버스는 차량 내에서 센서, 엔진 제어 장치(ECU), 그리고 다른 시스템 간의 통신을 용이하게 하기 위해 설계된 Differential 2선 인터페이스로, Shielded Twisted Pair(STP) 케이블을 통해 데이터를 전송합니다. CAN 표준은 여러 가지 데이터 전송 속도를 정의하고 있으며, 가장 빠른 속도는 초당 1메가비트(Mb/s), 가장 느린 속도는 초당 125킬로비트(kb/s)입니다.

 

물리적 계층에서의 문제는 네트워크 내 노드의 실패나 버스에서 전송되는 메시지의 손상을 초래할 수 있습니다. 특히 데이터 전송 속도가 초당 250킬로비트(kbps) 이상으로 높아지기 시작하면, 오류가 눈에 띄게 증가하기 시작합니다.

 

가장 흔한 CAN 버스 물리적 계층 문제는 다음과 같습니다.

 

• 부적절한 CAN 종단: CAN 네트워크는 두 끝단에서 120옴의 저항으로 종단 처리되어야 합니다. 이는 신호 반사를 줄이고 신호 무결성을 보장하기 위한 것입니다. 부적절한 종단은 통신 오류를 일으킬 수 있습니다.
• 부적절한 CAN 전압 수준: CAN 네트워크는 두 선 간의 전압 차이를 이용해 데이터를 전송합니다. 이 전압 차이가 너무 낮거나 너무 높으면, 데이터가 제대로 전송되지 않을 수 있습니다.
• 부적절한 접지: 제대로 된 접지가 이루어지지 않으면 전자기 간섭(EMI)이 증가하고, 이는 데이터 전송 오류를 유발할 수 있습니다.

 

 

 

​CAN Bus Termination

 

 

 

여기서 "종단(Termination)"이란, 네트워크 노드의 임피던스(저항의 일종)를 전송선의 임피던스와 일치시키기 위해 사용되는 저항을 의미합니다. 이는 디지털 데이터 통신 중에 발생할 수 있는 신호 반사를 방지하기 위해 필요한 조치입니다.

 

 

CAN 버스 종단의 목적

• 신호 반사 방지: 디지털 신호가 데이터 버스의 끝에서 "반사"되어 다시 돌아오는 것을 방지합니다. 반사된 신호는 잡음을 유발하고 CAN 버스의 성능을 저하시킬 수 있습니다.
• 임피던스 일치: 소스(데이터를 보내는 장치), 전송선, 그리고 부하(데이터를 받는 장치)의 임피던스가 같으면 신호 반사가 제거됩니다.

 

 

종단 저항의 측정

1. 전원 끄기: 모든 CAN 노드의 전원을 끕니다.
2. DC 저항 측정: CAN H(고전압 선)와 CAN L(저전압 선) 사이의 직류(DC) 저항을 네트워크의 중앙과 끝에서 측정합니다.
3. 측정 값: 측정된 저항 값은 45Ω에서 65Ω 사이여야 합니다. 네트워크의 각 지점에서 측정된 값은 거의 동일해야 합니다.

 

 

문제 해결

• 저항 값이 45Ω 미만일 경우: CAN H와 CAN L 선 사이의 단락이 없는지, 종단이 두 개 이상이 아닌지, 라인에 고장난 트랜시버가 없는지 확인합니다.
• 저항 값이 65Ω 이상일 경우: CAN H와 CAN L 선 사이에 개방 회로가 없는지, 그리고 120Ω의 저항이 두 개 있는지 확인합니다.

 

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이러한 측정과 점검은 CAN 버스 시스템의 신호 품질을 유지하고, 데이터 통신의 안정성을 보장하기 위해 필수적입니다. 정확한 종단 저항의 사용과 적절한 점검은 신호 반사와 잡음을 최소화하여, 네트워크의 신뢰성과 성능을 향상시킵니다.

 

 

 

 

 

CAN Bus Voltage Levels

 

CAN 버스에서는 각 노드에 있는 CAN 트랜시버가 차동 신호를 출력하며, 이는 네트워크의 통신 상태와 효율성에 중요한 역할을 합니다. 특히, 네트워크 통신이 유휴 상태일 때(즉, 데이터가 전송되지 않을 때), CAN_H(고전압)과 CAN_L(저전압)의 전압은 대략 2.5V 정도여야 합니다. 이러한 전압 수준은 CAN 시스템이 올바르게 작동하고 있음을 나타내는 지표 중 하나입니다.

 

 

 

전압 수준 측정 방법

1. 전원 공급: 모든 전원을 켭니다.
2. 네트워크 통신 중지: 네트워크 상의 모든 통신을 중지합니다. 이는 전압 측정이 정확하게 이루어지도록 하기 위함입니다.
3. CAN High와 접지 사이의 DC 전압 측정: CAN High와 접지(Ground) 사이의 직류(DC) 전압을 측정합니다.
4. CAN Low와 접지 사이의 DC 전압 측정: CAN Low와 접지 사이의 직류(DC) 전압을 측정합니다.

 

 

정상적인 전압 범위

정상적인 전압 범위는 2.0V에서 4.0V 사이여야 합니다. 이 범위 내의 전압은 CAN 네트워크와 연결된 트랜시버 및 노드가 정상적으로 작동하고 있음을 의미합니다.

 

 

문제 해결

• 전압이 2.0V 미만인 경우: CAN High와 CAN Low 선의 연속성을 확인하세요. 이는 저전압 문제가 선의 단절 또는 불량한 연결로 인해 발생할 수 있음을 의미합니다.
• 전압이 4.0V 초과인 경우: 과도한 전압이 문제인지 확인하세요. 이는 특정 노드에서 과도한 전압을 발생시키는 고장이 있을 수 있음을 의미합니다.

 

 

이러한 측정과 점검을 통해 CAN 버스 시스템 내의 전압 관련 문제를 진단하고 해결할 수 있습니다. 정확한 전압 수준은 네트워크의 안정적인 통신을 보장하며, 이상 전압은 트랜시버의 고장이나 배선 문제를 나타낼 수 있습니다. 따라서, 이상 징후를 발견했을 때 적절한 조치를 취하는 것이 중요합니다.

 

 

 

 

CAN Bus Grounding

 

 

 

 

CAN 버스 시스템에서 접지(grounding)는 시스템의 안정적인 작동에 있어 매우 중요한 요소입니다. 작은 규모의 네트워크에서는 접지가 없어도 문제가 되지 않을 수 있지만, 여러 노드(20개 노드 이상)가 포함된 고속 CAN 네트워크에서는 적절한 접지가 필수적입니다.

 

 

접지의 중요성

고속 CAN 네트워크의 효율적인 작동을 위해 적절한 접지가 필요합니다. 접지는 전기 신호의 참조점을 제공하고, 전자기 간섭(EMI)을 줄이며, 신호의 안정성을 보장합니다.

단일 점 접지(single-point grounding)와 다중 점 접지(multi-point grounding)가 있습니다. 단일 점 접지는 다른 위치에서 발생할 수 있는 다른 접지 전위 차이로 인한 접지 역류를 방지하는 데 유용합니다. 반면, 다중 점 접지는 고주파 간섭 신호의 방출을 가속화할 수 있습니다.

 

 

접지 전략

차량 내에서의 접지: 차량 내 CAN 네트워크의 경우, 실드(보호막)는 가능한 가장 낮은 임피던스 연결을 통해 차량의 접지점에 직접 연결되어야 합니다. 이 연결은 네트워크의 중앙 부근에서 하나의 단일 점으로 수행되는 것이 바람직합니다. 이는 신호 전송 중 발생할 수 있는 간섭을 최소화하고, 네트워크 전체의 신호 품질을 향상시키는 데 도움이 됩니다.

 

 

접지 모드 선택

실제 상황에 따라 적절한 접지 모드를 선택하는 것이 중요합니다. 네트워크의 크기, 환경 및 특정 요구 사항에 따라 단일 점 접지 또는 다중 점 접지 중 어느 것이 더 적합한지 결정해야 합니다. 예를 들어, 고주파 간섭이 큰 환경에서는 다중 점 접지가 더 유리할 수 있습니다.

 

 

적절한 접지 방법의 선택과 구현은 CAN 네트워크의 안정적인 작동과 고성능을 보장하는 데 필수적입니다. 이는 전기적 노이즈 및 간섭 문제를 최소화하고, 전체 시스템의 신뢰성을 높이는 데 중요한 역할을 합니다.

 

 

 

 

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