CAN in Zeiten von Ethernet

In Zeiten von Ethernet stellt sich die Frage, ob traditionelle Netzwerke wie CAN noch ihre Berechtigung haben. Die Antwort darauf lautet eindeutig: „Ja“. Denn schneller ist nicht immer besser!

Der Nachrichtentechniker weiß, dass bei höheren Frequenzen die Störanfälligkeit zunimmt. Aber selbst bei sehr robusten Übertragungssystemen kann es zu Störungen kommen. Will man eine zuverlässige Kommunikation garantieren, gilt es diese Störungen mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit zu erkennen und zu beheben. Das serielle Bussystem CAN, ursprünglich für die fahrzeug-interne Vernetzung von Steuergeräten entwickelt, erfüllt diese Anforderungen wie kaum ein anderes Netzwerk.

Die genormten CAN-Transceiver-ICs (ISO 11898-2) für Datenraten bis 1 Mbit/s sind im Grunde relativ robust. Kapazitive und induktive Einkopplungen von Störungen werden bis zu einem gewissen Grad durch die differentielle Übertragung der Bits toleriert. Zudem sind die handelsüblichen CAN-Transceiver in gewissen Grenzen gegen Gleichtakt- und Gegentakt-störungen sowie Kurzschlüsse (mindestens bis 24 V) resistent.

Die CAN-Kommunikation funk-tioniert selbst dann noch, wenn die Übertragung über Schleifringe erfolgt. Deshalb kommt CAN beispielsweise auch in Windkraft-anlagen zum Einsatz. Eine nicht-galvanische Einkopplung von Störungen ist zusätzlich durch Verdrehen der beiden Busleitungen sowie durch die Verwendung von geschirmten Kabeln reduzierbar. Nicht zuletzt gibt es Ausführungen von Transceivern und CAN-Controller beziehungsweise Mikro-controllern mit integrierten CAN-Mo-dulen, die auch in einem erweitertem Temperaturbereich funktionsfähig sind, was für alle Außenanwendungen von Bedeutung ist.

Trotz der gegebenen Robustheit muss der Systementwickler sein CAN-Netzwerk nach allen Regeln der nachrichtentechnischen Kunst auslegen. Die Abschlusswiderstände an beiden Enden der CAN-Leitungen müssen beispielsweise der Impedanz der an-deren passiven Netzwerk-Elemente (Leitungen, Stecker usw.) entsprechen. Andernfalls werden Reflexionen generiert, die ein Bit zerstören können. Vor allem zu lange, unabgeschlossene Stichleitungen und sogar mechanisch verformte Leitungen (Knicke) können zu Bitfehlern führen. Dies gilt allerdings nur für Netzwerke, bei denen der Systementwickler an die physikalischen Grenzen geht beziehungsweise bei denen man die bei gegebener Netzwerk-Länge theoretisch maximale Datenrate nutzen möchte.

Weiterhin gibt es CAN-Treiberbausteine, die sich abschalten, falls sie permanent einen „dominanten“ Spannungspegel generieren. Damit lässt sich verhindern, dass ein fehlerhafter Treiberbaustein die gesamte CAN-Kommunikation lahm legen kann. Bleiben noch die galvanischen Störungen – meist verursacht durch Ausgleichsströme –, die durch Potenzialunterschiede bei Mehrfach-Erdungen entstehen können. Doch dies hat eigentlich nichts mit der CAN-Kommunikation zu tun, sondern ist bei allen Kommunikationssystemen zu beachten.

Gegenüber Ethernet-Netzwerken haben CAN-Netzwerke den Vorteil, dass sie keine aktiven Netzwerk-Komponenten wie Hubs, oder Switches benötigen. Aktive Netzwerk-Komponenten haben naturgemäß eine Ausfallwahrscheinlichkeit und begrenzen von daher die Zeit zwischen zwei Fehlern (MTBF = Meantime Between Fail-ures). Passive Komponenten wie Kabel und Stecker hingegen haben eine „unbegrenzte“ Lebensdauer, auch wenn bei Steckern eine mögliche Korrosion zu berücksichtigen ist.

1. CAN in Zeiten von Ethernet
2. Fehler werden zuverlässig erkannt

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