采样点不一致：总线通信的隐形杀手

在CAN、CANFD信号波形不稳定或非理想环境下，采样点不一致成为总线通信中的关键隐患，本文分析了采样点偏移对总线的影响，并提出优化同步策略以提高通信可靠性，为总线设计提供重要参考。

为什么采样点如此重要？

在CAN、CANFD等总线通信中，采样点（Sample Point）是节点读取总线信号电平的关键时刻。如果各节点的采样点不一致，就像一群人在不同节奏下跳舞，必然导致混乱——数据误判、通信错误，甚至系统瘫痪！

作为总线通信的“心跳时刻”，采样点的精准度会影响到系统的稳定性、可靠性。然而，许多工程师在调试时往往忽视这一点，直到总线频繁报错、数据丢失，才意识到问题的严重性！

采样点：总线通信的“裁判员”

1、什么是采样点？

采样点是指节点在一个位时间（Bit Time）内对总线电平进行采样的位置。通常用百分比表示，例如CAN、CANFD总线常见的采样点为75%~90%。

过早采样（如60%）：信号可能尚未稳定，易受噪声干扰；

过晚采样（如95%）：可能错过信号跳变，导致误码。

2、采样点的核心原理

总线通信依赖严格的时序同步，采样点的位置由以下因素决定：

● 波特率（Baud Rate）；

● 传播段（Propagation Segment）；

● 相位缓冲段（Phase Buffer Segments）。

其中，传播段、相位缓冲段以及同步段组成一个“位”，CAN控制器的最小时间周期称作时间量子（Tq），一个位由若干个Tq组成，如图1所示。

图1 位时间结构图

3、位时间结构介绍

用一个通俗的比喻来解释CAN总线中的这几个关键时间段：把CAN通信想象成一场"传球比赛"。

假设你和队友们在玩一个蒙眼传球游戏（因为CAN总线看不到对方的信号），必须严格按节奏传递。这时候每个位时间（1bit的时间）被分成4个关键阶段：

● 同步段（Sync Segment）—— "预备！"

就像裁判吹哨示意"比赛开始"的时刻。

所有节点在这里强制对齐时钟，相当于喊"1、2、3，开始！"。

长度固定为1个时间单位（Tq）。

● 传播段（Propagation Segment）—— "球在飞的时间"

球（信号）从发送方到接收方需要飞行时间。

这段是用来补偿物理延迟的（比如总线长度导致的信号延迟）。

长度可调，长距离总线需要设置更长时间。

就像传球距离远时，要预留更多时间等球飞过去。

● 相位缓冲段1（Phase Buffer Segment 1）—— "等慢队友"

有些队友（节点）反应慢，这个阶段是主动等待他们跟上节奏。

如果信号边沿来得比预期晚，会延长这个段来重新同步。

长度可调。

相当于你传球后，发现接球人还没准备好，就多等一会儿。

● 相位缓冲段2（Phase Buffer Segment 2）—— "催快队友"

有些队友（节点）反应太快，这个阶段是防止他们抢跑。

如果信号边沿来得比预期早，会缩短这个段来重新同步。

长度可调。

相当于接球人如果提前伸手了，你就喊"别急！按节奏来！"

3、关键总结：

表1  总结

采样点不一致对总线的四大致命影响

1、数据"鬼影"——误判0和1

问题：节点A在信号稳定时采样（正确），节点B在信号跳变时采样（误判）。

案例：某新能源汽车CANFD总线出现无故刹车信号，查因是某个ECU采样点设置偏早，将噪声误判为制动指令。

2、总线"堵车"——错误帧暴增

问题：错误数据触发重传，占用带宽。

案例：某工厂CAN网络突然通信延迟，发现是新增设备采样点与其他节点相差15%，导致30%的错误帧重传。

3、队友"掉线"——节点Bus-Off

问题：错误累积超限，节点自动退出通信。

案例：某工程机械仪表盘黑屏，因网关模块采样点不匹配，持续报错后进入Bus-Off状态。

4、玄学故障——时好时坏

问题：高温/振动下故障加剧（信号抖动放大采样偏差）。

案例：某自动驾驶测试车夜间频繁报错，白天正常，最终发现是低温下采样点偏移量超标。

三步救命方案

测：用专业仪器（比如我们ZPS-CANFD总线分析仪）检查各节点采样点；

调：统一设置为推荐值（CAN、CANFD总线通常75%~90%）；

验：模拟高温/振动环境复测。

血泪教训：某车企召回事件，根源竟是供应商A的ECU采样点默认85%，供应商B的默认78%！

ZPS-CANFD总线分析仪功能介绍-节点采样点测量

1、测试原理

干扰测试：

ZPS设备发送带干扰脉冲的报文，逐步从后往前干扰数据位，直到被测设备（DUT）因采样错误而发送错误帧。如图2所示。

图2  干扰原理

计算采样点：

在错误帧波形中，找到被干扰的位。

测量该位未被干扰部分的脉宽（T_unaffected），除以整个位时间（T_bit），即可得到采样点位置：采样点 = T_unaffected / T_bit

2、测试方法

连接设备：

按照图3所示，连接CANH、CANL、CAN-GND，并将ZPS-CANFD的DSO口DUT的RX和地线相连（如果DUT无法引出RX可以用网络采样点评估功能）。

图3  ZPS与DUT的接线方法

总线配置：

设置节点波特率、终端电阻、工作模式，并将采样比调至最大，如图4所示。

图4  总线配置

参数设置

设置基本参数、硬件相关配置、测试算法等等，按照测试要求一步步设置好，大部分参数使用默认参数，设置好RX数据源即可，如图5所示。

图5  参数设置

结果展示

结果展示界面会展示仲裁域和数据域的测试过程，并在下方以图标的方式清晰地展示采样点测试结果，如图6所示。

图6  采样点测试结果

总结

CAN、CANFD总线节点采样点不一致就像一场错拍的合唱，轻则数据误码、通信延迟，重则引发系统宕机甚至安全事故。

无论是汽车电子还是工业控制，精准的采样点同步都是保障总线稳定运行的关键。通过专业测试设备及早发现并校准采样点偏差，才能让您的通信网络告别"数据车祸"，真正做到高效可靠！