ISO 11783-2:2002
(Main)Tractors and machinery for agriculture and forestry — Serial control and communications data network — Part 2: Physical layer
Tractors and machinery for agriculture and forestry — Serial control and communications data network — Part 2: Physical layer
Tracteurs et matériels agricoles et forestiers — Réseaux de commande et de communication de données en série — Partie 2: Couche physique
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INTERNATIONAL ISO
STANDARD 11783-2
First edition
2002-04-15
Tractors and machinery for agriculture and
forestry — Serial control and
communications data network —
Part 2:
Physical layer
Tracteurs et matériels agricoles et forestiers — Réseaux de commande et
de communication de données en série —
Partie 2: Couche physique
Reference number
ISO 11783-2:2002(E)
©
ISO 2002
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ISO 11783-2:2002(E)
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ii © ISO 2002 – All rights reserved
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ISO 11783-2:2002(E)
Contents Page
Foreword.iv
Introduction.v
1 Scope.1
2 Normative references.1
3 General Description.1
3.1 Network physical layer.1
3.2 Physical media.1
3.3 Differential voltage.2
3.4 Bus.2
3.5 Resistance and Capacitance.3
3.6 Bit Time.4
3.7 AC parameters.5
4 Functional description.6
5 Electrical Specifications.7
5.1 Electrical data.7
5.2 Physical media parameters .9
5.3 TBC parameters.12
5.4 Connectors.13
6 Conformance tests.25
6.1 General requirements.25
6.2 Internal resistance.26
6.3 Internal differential resistance.27
6.4 ECU recessive input threshold .27
6.5 ECU dominant input threshold.28
6.6 ECU dominant output.28
6.7 ECU internal delay time.29
7 Bus failure and fault confinement.30
7.1 General.30
7.2 Loss of network connection.30
7.3 Node power or ground loss.30
7.4 Open and short failures .31
Annex A (informative) Protocol controller timing and naming.34
Annex B (informative) Examples of physical layer circuits.37
Bibliography.48
© ISO 2002 – All rights reserved iii
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ISO 11783-2:2002(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies (ISO
member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO technical
committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been established has
the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and non-governmental, in
liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the International Electrotechnical
Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 3.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards adopted
by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an International
Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.
ISO 11783-2 was prepared by Technical Committee ISO/TC 23, Tractors and machinery for agriculture and
forestry, Subcommittee SC 19, Agricultural electronics.
ISO 11783 consists of the following parts, under the general title Tractors and machinery for agriculture and
forestry — Serial control and communications data network:
Part 1: General standard for mobile data communication
Part 2: Physical layer
Part 3: Data link layer
Part 4: Network layer
Part 5: Network management
Part 6: Virtual terminal
Part 7: Implement messages applications layer
Part 8: Power train messages
Part 9: Tractor ECU
Part 10: Task controller and management information system data interchange
Part 11: Data dictionary
Annexes A and B of this part of ISO 11783 are for information only.
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ISO 11783-2:2002(E)
Introduction
[1]
Parts 1 to 11 of ISO 11783 specify a communications system for agricultural equipment based on the CAN 2.0 B
protocol. SAE J 1939 documents, on which parts of ISO 11783 are based, were developed jointly for use in truck
and bus applications and for construction and agricultural applications. Joint documents were completed to allow
electronic units that meet the truck and bus SAE J 1939 specifications to be used by agricultural and forestry
[2]
equipment with minimal changes. This part of ISO 11783 is harmonized with SAE J 1939/81 . General
information on ISO 11783 is to be found in ISO 11783-1.
The purpose of ISO 11783 is to provide an open, interconnected system for on-board electronic systems. It is
intended to enable electronic control units (ECUs) to communicate with each other, providing a standardized
system.
The International Organization for Standardization (ISO) draws attention to the fact that it is claimed that
compliance with this part of ISO 11783 may involve the use of a patent concerning the controller area network
(CAN) protocol referred to throughout the document.
ISO takes no position concerning the evidence, validity and scope of this patent.
The holder of this patent right has assured ISO that he is willing to negotiate licences under reasonable and non-
discriminatory terms and conditions with applicants throughout the world. In this respect, the statement of the
holder of this patent right is registered with ISO. Information may be obtained from:
Robert Bosch GmbH
Wernerstrasse 51
Postfach 30 02 20
D-70442 Stuttgart-Feuerbach
Germany
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this part of ISO 11783 may be the subject of
patent rights other than those identified above. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such
patent rights.
© ISO 2002 – All rights reserved v
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 11783-2:2002(E)
Tractors and machinery for agriculture and forestry — Serial
control and communications data network —
Part 2:
Physical layer
1 Scope
This part of ISO 11783 specifies a serial data network for control and communications on forestry or agricultural
tractors and mounted, semi-mounted, towed or self-propelled implements. Its purpose is to standardize the method
and format of transfer of data between sensor, actuators, control elements, and information-storage and -display
units, whether mounted on, or part of, the tractor or implement. This part of ISO 11783 defines and describes the
network’s 250 kbit/s, twisted, non-shielded, quad-cable physical layer.
2 Normative references
The following normative documents contain provisions which, through reference in this text, constitute provisions of
this part of ISO 11783. For dated references, subsequent amendments to, or revisions of, any of these publications
do not apply. However, parties to agreements based on this part of ISO 11783 are encouraged to investigate the
possibility of applying the most recent editions of the normative documents indicated below. For undated
references, the latest edition of the normative document referred to applies. Members of ISO and IEC maintain
registers of currently valid International Standards.
ISO 1724, Road vehicles — Electrical connections between towing and towed vehicles with 12 V systems — 7 pole
connector type 12 N (normal).
ISO 14982, Agricultural and forestry machines — Electromagnetic compatibility — Test methods and acceptance
criteria.
3 General Description
3.1 Network physical layer
The physical layer of a network is the realization of the electrical connection of a number of electronic control units
(ECUs) to a bus segment of the network. The total number of ECUs connected is limited by the electrical loads on
the bus segment. In accordance with the electrical parameters specified by this part of ISO 11783, the limit shall be
set at 30 ECUs per segment.
3.2 Physical media
This part of ISO 11783 defines a physical media of twisted quad cable. Two of the conductors, designated CAN_H
and CAN_L, are driven with the communications signals. The names of the ECU pins corresponding to these
conductors are also designated CAN_H and CAN_L. The third and fourth conductors, designated TBC_PWR and
TBC_RTN, provide power for the terminating bias circuits (TBCs) on the bus segments.
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ISO 11783-2:2002(E)
3.3 Differential voltage
The voltages of CAN_H and CAN_L relative to the particular ground of each ECU are denoted by V and
CAN_H
V . The differential voltage, V , between V and V is defined by the equation:
CAN_L diff CAN_H CAN_L
V = V − V (1)
diff CAN_H CAN_L
3.4 Bus
3.4.1 Levels
3.4.1.1 General
The bus signal lines can be at one of two levels, and in one or the other of the two logical states, recessive or
dominant (see Figure 1). In the recessive state, V and V are fixed at a bias voltage level. V is
CAN_H CAN_L diff
approximately zero on a terminated bus. The recessive state is transmitted during bus idle or a recessive bit. The
dominant state is represented by a differential voltage greater than a minimum threshold. The dominant state
overwrites the recessive state and is transmitted when there is a dominant bit. (See also clause 4.)
Key
1 Recessive
2 Dominant
Figure 1 — Physical bit representation of recessive and dominant levels or states
3.4.1.2 During arbitration
During arbitration, a recessive and a dominant bit imposed on the bus signal lines during a given bit time by two
ECUs will result in a dominant bit.
3.4.2 Voltage range
The bus voltage range is defined by the maximum and minimum acceptable voltage levels of CAN_H and CAN_L,
measured with respect to the particular ground of each ECU, for which proper operation is guaranteed when all
ECUs are connected to bus signal lines.
3.4.3 Termination
The bus signal lines of a bus segment are electrically terminated at each end by a terminating bias circuit. This
TBC shall be located externally from the ECU, in order to ensure bus bias and termination when the ECU is
disconnected (Figure 2).
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ISO 11783-2:2002(E)
Key
1 ECU No. 1
2 ECU No. n
3 Twisted quad cable
4 Terminating bias circuit (TBC)
5 Power for TBC_PWR and TBC_RTN
Figure 2 — Physical layer functional diagram
3.5 Resistance and Capacitance
3.5.1 Internal resistance (R ), capacitance (C )
in in
The internal resistance, R , of an ECU is defined as the resistance between CAN_H or CAN_L and ground
in
(ECU_GND) in the recessive state, with the ECU disconnected from the bus signal line. The measurement shall be
made with the ECU both powered and unpowered, and the minimum value used to confirm compliance.
The internal capacitance, C , of an ECU is defined as the capacitance between CAN_H or CAN_L and ECU_GND
in
during the recessive state, with the ECU disconnected from the bus signal line. The measurement shall be made
with the ECU both powered and unpowered, and the minimum value used to confirm compliance.
ECU internal resistance and capacitance are illustrated by Figure 3.
© ISO 2002 – All rights reserved 3
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ISO 11783-2:2002(E)
Key
1 ECU
Figure 3 — Internal resistance and capacitance of ECU in recessive state
3.5.2 Differential internal resistance (R ), capacitance (C )
diff diff
The differential internal resistance, R , is defined as the resistance seen between CAN_H and CAN_L in the
diff
recessive state, with the ECU disconnected from the bus signal line. The measurement shall be made with the
ECU both powered and unpowered, and the minimum value used to confirm compliance.
The differential internal capacitance, C , of an ECU is defined as the capacitance seen between CAN_H and
diff
CAN_L during the recessive state, with the ECU disconnected from the bus signal lines (Figure 4). The
measurement shall be made with the ECU both powered and unpowered, and the minimum value used to confirm
compliance.
ECU differential internal resistance and capacitance are illustrated by Figure 4.
Key
1 ECU
Figure 4 — Differential internal resistance and capacitance of ECU in recessive state
3.6 Bit Time
The bit time, t , is defined as the duration of one bit. Bus management functions executed within this duration, such
B
as protocol controller synchronization, network transmission delay compensation and sample point positioning, are
defined by the programmable bit timing logic of the CAN protocol-controller integrated circuit (IC). Bit time
conforming with this part of ISO 11783 is 4 µs, which corresponds to 250 kbit/s. Bit time selection generally
demands the use of crystal oscillators at all nodes so that the clock tolerance given in Table 1 can be achieved.
4 © ISO 2002 – All rights reserved
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ISO 11783-2:2002(E)
A reliable ISO 11783 network has to be able to be constructed with ECUs from different suppliers. Without timing
restrictions, ECUs from different suppliers might not be able to properly receive and interpret valid messages,
making necessary specific timing requirements for the bit timing registers in each protocol controller. Moreover,
there are substantial differences between the bit segments used by protocol-controller IC manufacturers.
For an ISO 11783 network with a 250 kbit/s data rate and a bus segment of 40 m in length, the following are typical
protocol-controller requirements.
Synchronize on recessive to dominant edge only.
Use a single sample point.
Sample time is to be 80 % ± 3 % of the bit time, referenced to the start of the bit time.
See Annex A for more information on protocol timing and naming, and a detailed description of bit timing for a
typical protocol controller.
3.7 AC parameters
Table 1 defines the AC parameters for an ECU disconnected from the bus. The timing parameters also apply for an
ECU connected to a bus segment.
© ISO 2002 – All rights reserved 5
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ISO 11783-2:2002(E)
Table 1 — AC parameters of a node disconnected from the bus
Parameter Symbol Min. Nom. Max. Unit Condition
a
t
Bit time 3,998 4,000 4,002 µs
B 250 kbit/s
Measured from 10 % to 90 % of
Transition Time t
T 600 800 1000 ns the voltage of the prevailing state
b
t c
Internal Delay Time
ECU 0,0 — 0,9 µs
250 kbit/s for CAN_H and CAN_L
C
Internal Capacitance 0 50 100 pF
in
d
relative to ground
C d
Differential internal capacitance 0 25 50 pF
diff
CMR 40 — — dB d.c. to 50 kHz
Common mode rejection
5 MHz may linearly decrease
CMR
10 — — dB
5MHz
between 50 kHz and 5 MHz
e
t
Available time 2,75 — — µs with 40 m bus length
avail
a
Including initial tolerance, temperature and ageing.
b
The physical layer utilizes field cancellation techniques. The match between the drive voltages and impedances (or
currents) on the CAN_H and CAN_L lines are equally important in determining emissions, owing to the spectra presented
being determined by the actual waveshape.
c
The value of t shall be guaranteed for a differential voltage of V = 1,0 V for a transition from recessive to
ECU diff
dominant, V = 0,5 V for a transition from dominant to recessive. With the bit timing given in this table, a nominal CAN-
diff
interface delay of 800 ns is possible (controller not included), with a reserve of about 200 ns. This allows slower transmitter
slopes and input filtering. It is recommended that this feature be used to limit EMC. Delay values are for the implement bus
and are at the discretion of the original equipment manufacturer (OEM) for the tractor bus.
The minimal internal delay time may be zero. The maximum tolerable value shall be determined by the bit timing and the
bus delay time.
Total time delay when arbitrating is t (rise ) + t (rise ) + t (repeater) + t (rise ) + t (repeater) + 2t (line) + t (node ). If
T 1 T R T T R T T T 2
there is 0 delay for the line, repeater and the loop back in node , and the transition time is W ¼ bit time, the transition times
2
still consume all possible bit time. Because the ISO 11783 network has a sample point of 80 % of the bit time and allows a
transition time equal to ¼ bit time, true repeaters cannot be used.
d
In addition to the internal capacitance restrictions, a bus connection should also have as low as possible series
inductance. The minimum values of C and C may be 0, while the maximum tolerable values shall be determined by the
in diff
bit timing and the topology parameters L and d (see Table 8). Proper functionality is guaranteed if cable resonant waves, if
occurring, do not suppress the dominant differential voltage level below V = 1 V, nor increase the recessive differential
diff
voltage level above V = 0,5 V, at each individual ECU (see Table 3 and Table 4).
diff
e
The available time results from the bit timing unit of the protocol IC. For example, the time in most controller ICs
corresponds to TSEG1. Due to poor synchronization it is possible to lose the length of the synchronization jump width
(SJW), so that t with one instance of this poor synchronization is TSEG1−SJW. A time quantum (tq) of 250 ns where
avail
SJW = 2 tq, TSEG1 = 12 tq, TSEG2 = 3 tq, results in t = 2,75 µs.
avail
4 Functional description
A linear bus segment is terminated at each end by a TBC (see Figure 2), which provides the electrical bias and
common mode termination needed to suppress reflections.
On the one hand, the bus will be in the recessive state if the bus transmitters of all nodes on the bus are switched
off, with the mean bus voltage being generated by the TBCs on a particular bus segment (Figure 2). On the other
hand, a dominant bit is sent to the bus signal lines if the bus transmitter of at least one of the nodes is switched on.
This induces a current through each side of the TBCs, with the consequence that a differential voltage is produced
between the CAN_H and CAN_L lines.
6 © ISO 2002 – All rights reserved
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ISO 11783-2:2002(E)
The dominant and recessive bus levels are passed into a comparator input in the receiving circuitry to be detected
as the recessive and dominant states.
NOTE ECUs need only be connected to the CAN_H and CAN_L conductors.
5 Electrical Specifications
5.1 Electrical data
5.1.1 General
The parameters specified in Tables 1 to 6 shall be complied with throughout the operating temperature range of
each ECU. These parameters allow a maximum of 30 ECUs to be connected to a given bus segment. The limits
given in Tables 1 to 5 apply to the CAN_H and CAN_L pins of each ECU, with the ECU disconnected from the bus
signal lines (see clause 6).
5.1.2 Absolute maximum ratings
Table 2 specifies the absolute maximum d.c. voltages which can be connected to the bus signal lines without
damage to transceiver circuits. Although the connection is not guaranteed to operate at these conditions, there is
no time limit (operating CAN controllers will go “error passive” after a period of time).
Table 2 — Limits of V and V of bus-disconnected ECU
CAN_H CAN_L
Parameter Symbol Minimum Maximum Unit
Maximum d.c. voltage
V
12 V nominal battery voltage −3,0 16,0 V
CAN_H
Conditions
V
24 V nominal battery voltage
32,0
CAN_L
NOTE 1 Operation of the connection cannot be guaranteed under these conditions.
NOTE 2 No damage may occur to the transceiver circuitry.
NOTE 3 No time limit (although operating CAN controllers will go “error passive” after a period of
time).
NOTE 4 Relative to ground pin of ECU (transceiver shall handle wider range if there is voltage drop
along the lines internal to ECU).
5.1.3 d.c. parameters
5.1.3.1 Bus-disconnected ECU
Tables 3 and 4 define, respectively, the d.c. parameters for the recessive and dominant states of an ECU
disconnected from the bus.
© ISO 2002 – All rights reserved 7
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ISO 11783-2:2002(E)
Table 3 — d.c. parameters for recessive state of bus-disconnected ECU
Conditions
Parameter Symbol Min. Max. Unit
V
CAN_H
a b
Bus voltage 2,2 2,7 V
V
CAN_L
R
Differential internal resistance f
diff 10 — kΩ
R f
Internal resistance 20 — kΩ
in
-5 d f
Internal resistance match — 5 %
Input differential voltage detected
V a c e
−1,0 0,5 V
diff_IR
as recessive
a
The ECU is powered.
b
The Thévenin equivalent resistance of the input biasing circuit shall be between 80 kΩ and 100 kΩ, and appear in
series from both the CAN_H and CAN_L terminals to the input bias source. This input bias is required to provide a known
state for the network signals of an ECU disconnected from its specific network bus segment.
c
Reception shall be ensured within the common mode voltage range defined in Tables 5 and 6.
d
The physical layer utilizes field cancellation techniques. The match between the drive voltages and impedances (or
currents) on the CAN_H and CAN_L lines are equally important in determining emissions, owing to the spectra presented
being determined by the actual waveshape.
e
Although V < −1,0 V is only possible during fault conditions, it should be interpreted as recessive for compliance with
diff
fault requirements.
f
The minimum of the value with the ECU powered or unpowered per 3.5.1 and 3.5.2.
Table 4 — d.c. parameters for dominant state of bus-disconnected ECU
Parameter Symbol Min. Nom. Max. Unit Conditions
V
3,0 3,5 5,0
CAN_H
a
Bus voltage
V
0,0 1,5 2,0
CAN_L
V a
Differential voltage output V
diff_OD 1,5 2,0 3,0
V a b
Differential voltage detected as dominant 1,0 — 5,0
diff_ID
a
The equivalent series resistance of the two TBCs in parallel (37,5 Ω) is connected between CAN_H and CAN_L and
TBC_PWR, providing the bias voltage relative to TBC_RTN.
b
Reception shall be ensured within the common mode voltage range defined in Table 5 or Table 6.
5.1.3.2 Bus-connected ECU
Tables 5 and 6 define, respectively, the d.c. parameters for the recessive and dominant states of an ECU
connected to a bus segment and other ECUs.
8 © ISO 2002 – All rights reserved
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ISO 11783-2:2002(E)
Table 5 — d.c. parameters (bus voltage) for all bus-connected ECUs in recessive state, without faults
Parameter Symbol Min. Nom. Max. Unit Conditions
V
CAN_H
a
Bus voltage 0,5 — 5,0 Measured with respect to ground of each ECU
V
V
CAN_L
Measured at each ECU connected to bus signal
V
Differential bus voltage -1,0 0 0,5
diff_R
b c
lines
a
The maximum recessive value of 3,0 V (see Table 3) plus the maximum ground differential of 2,0 V.
b
The differential bus voltage is determined by the output behaviour of all ECUs during the recessive state. Therefore, V
diff
is approximately zero (see Table 3).
c
Although V < -1,0 V is only possible during fault conditions, it should be interpreted as recessive for compliance with
diff
fault requirements.
Table 6 — d.c. parameters (bus voltage) for all bus-connected ECUs in dominant state, without faults
Parameter Symbol Min. Nom. Max. Unit Conditions
V
— 3,5 7,0
CAN_H
a
Bus voltage
V Measured with respect to ground of each ECU
V
-2,0
CAN_L 1,5 —
Measured at each ECU connected to bus signal
3,0
b
lines
V -1,2
Differential bus voltage 2,0 V
diff_D
5,0 During arbitration
a
The minimum value of V is determined by the minimum value of V plus the minimum value of V . The
CAN_H CAN_L diff
maximum value of V is determined by the maximum value of V minus the value of V .
CAN_L CAN_H diff
b
The loading on the bus signal lines as ECUs are added to a given bus segment of any network is due to R and R of
diff in
each of the ECUs. Consequently, V can decrease. The minimum value of V typically limits the number of ECUs allowed
diff diff
on the bus. The maximum value of V occurs during arbitration when multiple ECUs are driving the bus signal lines. This
diff
maximum value of V will affect single-ended operation and shall not exceed 3 V.
diff
5.1.4 Bus voltages (operational)
The bus voltage parameters specified i
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 11783-2
Première édition
2002-04-15
Tracteurs et matériels agricoles et
forestiers — Réseaux de commande et de
communication de données en série —
Partie 2:
Couche physique
Tractors and machinery for agriculture and forestry — Serial control and
communications data network —
Part 2: Physical layer
Numéro de référence
ISO 11783-2:2002(F)
©
ISO 2002
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ISO 11783-2:2002(F)
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Imprimé en Suisse
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ISO 11783-2:2002(F)
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction.v
1 Domaine d'application.1
2 Références normatives.1
3 Description générale.1
3.1 Couche physique du réseau.1
3.2 Support physique.2
3.3 Tension différentielle.2
3.4 Bus.2
3.5 Résistance et capacité.3
3.6 Durée d’un bit.4
3.7 Paramètres en courant alternatif .6
4 Description fonctionnelle.7
5 Spécifications électriques.7
5.1 Données électriques.7
5.2 Paramètres du support physique .11
5.3 Circuit de polarisation de terminaison (TBC) .13
5.4 Spécifications relatives aux connecteurs.14
6 Essais de conformité.28
6.1 Exigences générales.28
6.2 Résistance interne.28
6.3 Résistance interne différentielle .29
6.4 Seuil d'entrée récessif d'une UCE.29
6.5 Seuil d'entrée dominant d'une unité de commande électronique.30
6.6 Sortie dominante d'une UCE .31
6.7 Temps de retard interne d'une UCE.31
7 Erreurs de bus et confinement des défaillances.32
7.1 Généralités.32
7.2 Déconnexion du réseau.33
7.3 Perte de puissance du nœud ou perte de la masse.33
7.4 Coupures et courts-circuits.33
Annexe A (informative) Synchronisation et dénomination du contrôleur de protocole.37
Annexe B (informative) Exemples de circuits de couche physique .40
Bibliographie.51
© ISO 2002 – Tous droits réservés iii
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ISO 11783-2:2002(F)
Avant-propos
L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de
normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée aux
comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du comité
technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non gouvernementales, en
liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec la Commission
électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI, Partie 3.
La tâche principale des comités techniques est d’élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes
internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur publication
comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres votants.
L’ISO 11783-2 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 23, Tracteurs et matériels agricoles et forestiers,
sous-comité SC 19, Électronique en agriculture.
L'ISO 11783 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Tracteurs et matériels agricoles et
forestiers — Réseaux de commande et de communication de données en série:
Partie 1: Système normalisé général pour les communications de données avec les équipements mobiles
Partie 2: Couche physique
Partie 3: Couche liaison de données
Partie 4: Couche réseau
Partie 5: Gestion du réseau
Partie 6: Terminal virtuel
Partie 7: Mise en œuvre de couche d'application de messages
Partie 8: Messages de groupe motopropulseur
Partie 9: Interface de contrôle commande tracteur
Partie 10: Contrôleur de tâches et système de gestion pour échange de données
Partie 11: Dictionnaire de données
Les annexes A et B de la présente partie de l'ISO 11783 sont données uniquement à titre d'information.
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ISO 11783-2:2002(F)
Introduction
L'ISO 11783, qui comprend 11 parties, spécifie un système de communication destiné aux matériels agricoles
[1]
basés sur le protocole CAN 2.0 B . Les documents SAE J 1939, sur lesquels certaines parties de l'ISO 11783
sont basées, ont été élaborés conjointement pour une utilisation dans des applications de camions et de bus, ainsi
que pour des applications de construction et d'agriculture. Les documents joints ont été élaborés pour permettre
l'utilisation, par des matériels agricoles et forestiers, d’unités électroniques conformes aux spécifications
SAE J 1939 relatives aux camions et aux bus, sans que des modifications majeures soient nécessaires. La
[2]
présente partie de l'ISO 11783 est harmonisée sur les spécifications SAE J 1939/81 . Les informations d'ordre
général concernant l'ISO 11783 se trouvent dans l'ISO 11783-1.
L'objectif de l'ISO 11783 est de proposer un système ouvert pour les systèmes électroniques embarqués
interconnectés. Elle vise à permettre la communication entre unités de commande électroniques en proposant un
système normalisé.
L'ISO attire l'attention sur le fait qu'il est établi que la conformité avec la présente partie de l'ISO 11783 peut
nécessiter de recourir au brevet concernant le protocole CAN (Controller Area Network) auquel il est fait référence
dans ce document.
L'ISO ne prend pas position concernant le fondement, la validité et le domaine d'application de ce brevet.
Le détenteur de cette licence a assuré à l'ISO qu'il était soucieux de négocier des licences dans des conditions
raisonnables et non discriminatoires avec les demandeurs dans le monde entier. À cette fin, la déclaration du
détenteur de ce brevet est déposée à l'ISO. Il est possible d'obtenir des informations auprès de
Robert Bosch GmbH
Wernerstrasse 51
Postfach 30 02 20
D-70442 Stuttgart-Feuerbach
Allemagne
L’attention est appelée sur le fait que certains des éléments de la présente partie de l’ISO 11783 peuvent faire
l’objet de droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable de
ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
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NORME INTERNATIONALE ISO 11783-2:2002(F)
Tracteurs et matériels agricoles et forestiers — Réseaux de
commande et de communication de données en série —
Partie 2:
Couche physique
1 Domaine d'application
La présente partie de l'ISO 11783 spécifie un réseau de commande et de communication de données en série
pour les tracteurs forestiers ou agricoles et les équipements portés, semi-portés, remorqués ou autotractés. Elle
vise à normaliser la méthode et le format du transfert de données entre capteurs, actionneurs, dispositifs de
commande, unités de stockage et d'affichage de données, que ces éléments soient montés sur le tracteur ou
l’équipement, ou qu’ils en soient un composant. La présente partie de l'ISO 11783 définit et décrit une couche
physique à câble à quatre conducteurs torsadés, pour une vitesse de transfert de 250 kbits/sec.
2 Références normatives
Les documents normatifs suivants contiennent des dispositions qui, par suite de la référence qui y est faite,
constituent des dispositions valables pour la présente partie de l'ISO 11783. Pour les références datées, les
amendements ultérieurs ou les révisions de ces publications ne s’appliquent pas. Toutefois, les parties prenantes
aux accords fondés sur la présente partie de l'ISO 11783 sont invitées à rechercher la possibilité d'appliquer les
éditions les plus récentes des documents normatifs indiqués ci-après. Pour les références non datées, la dernière
édition du document normatif en référence s’applique. Les membres de l'ISO et de la CEI possèdent le registre des
Normes internationales en vigueur.
ISO 1724, Véhicules routiers — Connexions électriques entre véhicule tracteur et véhicule tracté équipés d'un
circuit électrique de 12 V — Connecteur à 7 contacts de type 12 N (normal).
ISO 14982, Machines agricoles et forestières — Compatibilité électromagnétique — Méthodes d'essai et critères
d'acceptation.
3 Description générale
3.1 Couche physique du réseau
La couche physique correspond au branchement électrique de plusieurs UCE (unités de commande électroniques)
sur un segment de bus d'un réseau. Le nombre total d'UCE est fonction des charges électriques du segment de
bus. Le nombre maximum d'UCE est fixé à 30 pour un segment donné eu égard aux paramètres électriques définis
dans la présente partie de l'ISO 11783.
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ISO 11783-2:2002(F)
3.2 Support physique
La présente partie de l'ISO 11783 comprend la définition d'un support physique composé d'un câble à quatre
conducteurs torsadés. Les deux premiers conducteurs, CAN_H et CAN_L, sont commandés par signaux. Les
broches correspondantes des UCE portent les mêmes noms, respectivement CAN_H et CAN_L. Les deux autres
conducteurs, désignés par les noms TBC_PWR et TBC_RTN, fournissent l'électricité aux circuits de polarisation de
terminaison de tous les segments de bus.
3.3 Tension différentielle
Le rapport entre la tension des conducteurs CAN_H et CAN_L et la masse de chaque UCE est désigné
respectivement par V et V . La tension différentielle, V , entre V et V est telle que
CAN_H CAN_L diff CAN_H CAN_L
V = V − V (1)
diff CAN_H CAN_L
3.4 Bus
3.4.1 Niveaux
3.4.1.1 Généralités
Les lignes de signaux du bus possèdent deux états logiques, un état dominant et un état récessif (voir Figure 1). À
l'état récessif, V et V sont attachés à un niveau de tension de polarisation. V est égale
CAN_H CAN_L diff
approximativement à zéro pour un bus de terminaison. L'état récessif est transmis lors d'une période d'inactivité du
bus ou d'un bus récessif. L'état dominant est défini par une tension différentielle supérieure à un seuil minimum.
L'état dominant est prioritaire sur l'état récessif; il est transmis lors d'un bit dominant. (Voir aussi l'article 4.)
Légende
1 Récessif
2 Dominant
Figure 1 — Représentation physique des bits aux niveaux ou états récessifs et dominants
3.4.1.2 Arbitrage de conflits
Lorsqu'un bit dominant et un bit récessif sont imposés sur les lignes de signaux du bus pendant une durée de bit
donnée par deux UCE différentes, le bit dominant l'emporte.
3.4.2 Échelle de tension
La tension est comprise entre le niveau de tension maximum acceptable et le niveau de tension minimum
acceptable de CAN_H et CAN_L, mesurés par rapport à la masse de chaque UCE, dont le bon fonctionnement est
garanti dès lors que toutes les UCE sont connectées aux lignes de signaux du bus.
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3.4.3 Terminaison
Les lignes de signaux de bus de tous les segments de bus possèdent à chaque extrémité une terminaison
électrique qui revêt la forme d'un circuit de polarisation de terminaison. Ce type de circuits doit être monté de façon
externe sur les UCE afin d'assurer la polarisation du bus et la terminaison des lignes lorsque les UCE sont
déconnectées (Figure 2).
Légende
1 UCE n° 1
2 UCE n° n
3 Câble à quartes torsadé
4 Circuit de polarisation de terminaison (TBC)
5 Alimentation de TBC_PWR et TBC_RTN
Figure 2 — Diagramme fonctionnel de la couche physique
3.5 Résistance et capacité
3.5.1 Résistance interne (R ), capacité interne (C )
in in
La résistance interne R d'une UCE est égale à la résistance observée à l'état récessif entre CAN_H (ou CAN_L)
in
et la masse ECU_GND de l'UCE, lorsque l'UCE est déconnectée de la ligne de signaux du bus. Les mesures
doivent être effectuées avec et sans alimentation de l'UCE. La valeur minimum doit être utilisée pour confirmer la
conformité.
La capacité interne C d'une UCE est égale à la capacité observée à l'état récessif entre CAN_H (ou CAN_L) et la
in
masse lorsque l'UCE est déconnectée de la ligne de signaux du bus. Les mesures doivent être effectuées avec et
sans alimentation de l'UCE. La valeur minimum doit être utilisée pour confirmer la conformité.
La résistance et la capacité internes sont illustrées à la Figure 3.
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ISO 11783-2:2002(F)
Légende
1 UCE
Figure 3 — Résistance et capacité internes d'une UCE à l'état récessif
3.5.2 Résistance interne différentielle (R ), capacité interne différentielle (C )
diff diff
La résistance interne différentielle R est égale à la résistance observée à l'état récessif entre CAN_H et CAN_L
diff
lorsque l'UCE est déconnectée de la ligne de signaux du bus. Les mesures doivent être effectuées avec et sans
alimentation de l'UCE. La valeur minimum doit être utilisée pour confirmer la conformité.
La capacité interne différentielle C est égale à la capacité observée à l'état récessif entre CAN_H et CAN_L
diff
lorsque l'UCE est déconnectée de la ligne de signaux du bus (Figure 4). Les mesures doivent être effectuées avec
et sans alimentation de l'UCE, la valeur minimum devant être utilisée pour confirmer la conformité.
La résistance et la capacité internes différentielles sont illustrées à la Figure 4.
Légende
1 UCE
Figure 4 — Résistance et capacité internes différentielles d'une UCE à l'état récessif
3.6 Durée d’un bit
La durée d’un bit t est égale au délai de transmission d'un bit. Les fonctions de gestion de bus exécutées pendant
B
cet intervalle, telles que la synchronisation du contrôleur de protocole, la compensation du délai de transmission
réseau et le positionnement du point d’échantillonnage, sont définies par la logique de synchronisation de bits
programmable du circuit intégré du contrôleur du protocole CAN. La durée d’un bit utilisée dans la présente partie
de l'ISO 11783 est de 4 µs, soit 250 kbit/s. Ce choix suppose en général l'utilisation d'oscillateurs à quartz à tous
les nœuds pour atteindre la tolérance d'horloge indiquée au Tableau 1.
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ISO 11783-2:2002(F)
Il est nécessaire de vérifier qu'un réseau ISO 11783 construit à l'aide d'UCE de fournisseurs différents demeure
fiable. En effet, en l'absence de synchronisation, des UCE différentes pourraient ne pas être capables de recevoir
et d'interpréter correctement les messages valides. En conséquence, il est nécessaire d'établir des spécifications
particulières pour les registres de synchronisation de bits de chaque contrôleur de protocole. Les segments de bits
utilisés par les divers constructeurs de circuits intégrés de contrôleur de protocole présentent des différences dans
leur définition.
Les spécifications ci-après doivent être utilisées pour les contrôleurs de protocole type de réseau ISO 11783
présentant une vitesse de transmission de données de 250 kbits/s et possédant des segments de bus d'une
longueur de 40 m:
synchronisation uniquement de limite récessive à dominante;
utilisation d'un seul point d’échantillonnage;
temps d'échantillonnage égal à 80 % ± 3 % de la durée de bit auquel il est fait référence au début de la durée
du bit.
Une liste des noms et de la chronologie des contrôleurs du protocole, ainsi qu'une description détaillée de la durée
de bit d'un contrôleur de protocole type, sont fournies en annexe A.
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ISO 11783-2:2002(F)
3.7 Paramètres en courant alternatif
Les paramètres en courant alternatif d'une UCE déconnectée du bus sont indiqués dans le Tableau 1. Les
paramètres de temps s'appliquent également à une UCE connectée à un segment de bus.
Tableau 1 — Paramètres d'un nœud déconnecté du bus, en courant alternatif
Paramètre Symbole Min. Nominal Max. Unité Conditions
a
Durée d'un bit t 3,998 4,000 4,002 µs
B 250 kbits/s
Durée de transition
t 600 800 1000 ns Mesurée de 10 % à 90 % de
T
b
la tension à l'état dominant
Temps de retard interne 0,0 0,9 µs c
t
ECU
Capacité interne C 0 50 100 pF 250 Kbits/s pour CAN_H et
in
CAN_L par rapport à la
d
masse
d
Capacité différentielle C 0 25 50 pF
diff
interne
40 dB Courant continu à 50 kHz
CMR
Rejet mode commun
10 dB 5 MHz pouvant décroître de
CMR
5MHz
façon linéaire entre 50 kHz et
5 MHz
e
Temps disponible t 2,75 µs
avail Avec longueur bus 40 m
a
Tolérance initiale, température et vieillissement compris.
b
La couche physique utilise des techniques d'annulation par l'utilisateur; l'adaptation entre les tensions d'attaque et les impédances
(ou courants) sur les lignes CAN_H et CAN_L est importante pour déterminer les émissions dans la mesure où les spectres présentés
sont déterminés par la forme réelle de l'onde.
c
La valeur de t doit être garantie pour une tension différentielle V = 1,0 V pour une transition de l'état récessif à l'état dominant
ECU diff
et pour V = 0,5 V pour une transition de l'état dominant à l'état récessif. Un retard normal de l'interface CAN de 800 ns (contrôleur non
diff
compris) peut survenir avec une réserve d'environ 200 ns pour la durée d'un bit indiquée dans ce tableau. Cela permet le ralentissement
des pentes de transmission et le filtrage d'entrée. Il est recommandé d'utiliser cette fonction pour limiter la compatibilité
électromagnétique. Les valeurs de retard sont indiquées pour le bus équipement et sont à la discrétion du constructeur OEM («original
equipment manufacturer») pour le bus tracteur.
Le temps de retard minimal peut être égal à zéro. La valeur maximale tolérable est fonction de la durée d'un bit et du temps de retard du
bus.
Le temps de retard total lors de l'arbitrage est égal à t (rise ) + t (rise ) + t (repeater) + t (rise ) + t (repeater) + 2tT(line) + t (node ).Si
T 1 T R T T R T T 2
le retard est égal à zéro pour la ligne, le répéteur et la boucle du nœud 2 (node ) et que la durée de transition est supérieure ou égale à
2
0,25 durée d'un bit, alors les durées de transition continuent à absorber toute la durée possible d'un bit. Le réseau ISO 11783 possède
un point d'échantillonnage de 80 % de la durée d'un bit et permet une durée de transition égale à 0,25 durée d'un bit de telle sorte qu'il
n'est pas possible d'utiliser de répéteur vrai.
d
Outre les restrictions en matière de capacité interne, une connexion bus doit également posséder une inductance série aussi faible
que possible. Les valeurs minimales de C et de C peuvent être égales à zéro; les valeurs maximales tolérables sont fonction de la
in diff
synchronisation de bits et des paramètres topologiques L et d (voir Tableau 8). Le bon fonctionnement est garanti si les ondes de
résonnance du câble ne suppriment pas le niveau dominant de tension différentielle en-dessous de V = 1 V et n'augmentent pas le
diff
niveau récessif de tension différentielle au-dessus de V = 0,5 V dans chaque unité de commande électronique (voir Tableaux 3 et 4).
diff
e
Le temps disponible est fonction de l'unité de synchronisation de bits du circuit intégré du protocole. Dans la plupart des circuits
intégrés de contrôleur, par exemple, ce temps est égal à TSEG1. En raison d'une mauvaise synchronisation, il est possible de perdre la
longueur de la largeur de bande de saut de synchronisation (SJW). Le temps disponible (t ) avec une mauvaise synchronisation est
avail
égal à TESG1-SJW ms. Un quantum temporel (tq) de 250 ns et SJW = 2 tq, TSEG1 = 12 tq, TSEG2 = 3 tq produisent un temps
disponible t = 2,75 µs.
avail
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4 Description fonctionnelle
Tout segment de bus linéaire possède à chaque extrémité une terminaison de la forme d'un circuit de polarisation
de terminaison (voir Figure 2). Ces circuits assurent la polarisation électrique et la terminaison de mode commun
nécessaires à la suppression des réflexions.
Le bus est récessif lorsque les émetteurs de bus de tous les nœuds du bus sont hors tension. Dans le cas, la
tension moyenne de chaque segment de bus est générée par les circuits de polarisation de terminaison (Figure 2).
Un bit dominant est transmis aux lignes de signaux du bus dès lors que l'émetteur de bus d'un nœud au moins est
sous tension, ce qui induit un courant à chaque extrémité des circuits de polarisation de terminaison. On obtient en
conséquence une tension différentielle entre les lignes CAN_H et CAN_L.
Les niveaux de bus récessif et dominant sont communiqués à l'entrée d'un comparateur du circuit de réception afin
d'être détecté respectivement à l'état récessif et à l'état dominant.
NOTE Les UCE doivent être connectées aux conducteurs CAN_H et CAN_L.
5 Spécifications électriques
5.1 Données électriques
5.1.1 Généralités
Les paramètres spécifiés dans les Tableaux 1 à 6 doivent rester constants pour les températures de service de
chaque UCE. Ils permettent de connecter au maximum 30 UCE à un segment de bus donné. Les valeurs limites
indiquées dans les Tableaux 1 à 5 sont définies pour les broches CAN_H et CAN_L des unités UCE, lorsque les
UCE sont déconnectées des lignes de signaux du bus (voir article 6).
5.1.2 Valeurs absolues maximales
Les valeurs limites indiquées dans le Tableau 2 correspondent aux tensions absolues maximales en courant
continu que sont capables de supporter les connexions aux lignes de signaux du bus sans endommager les
circuits émetteur-récepteur. Bien qu'aucune garantie ne soit donnée concernant le bon fonctionnement des
connexions à ces tensions, il n'y a pas de limite de temps (les contrôleurs CAN en service cesseront de fonctionner
pour cause d'erreur à partir d'un laps de temps donné).
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Tableau 2 — Limites de V et V d'une UCE déconnectée du bus
CAN_H CAN_L
Paramètre Symbole Minimum Maximum Unité
Tension max. en continu
Tension nominale batterie
16,0
V
V
−3,0
12 V CAN_H
Conditions
Tension nominale batterie
32,0
V
24 V
CAN_L
NOTE 1 Le fonctionnement de la connexion ne doit pas nécessairement être garanti à ces
conditions.
NOTE 2 Le circuit de l'émetteur/récepteur ne peut pas être endommagé.
NOTE 3 Pas de limite de temps (bien que les contrôleurs CAN en service deviennent passifs à partir
d'un certain laps de temps écoulé).
NOTE 4 Par rapport à la broche de masse de l'unité de commande électronique
(l'émetteur/récepteur doit pouvoir traiter une large gamme s'il y a une chute de tension le long des
lignes internes de l'unité de commande électronique).
5.1.3 Paramètres courant continu
5.1.3.1 UCE déconnectée du bus
Les paramètres pour courant continu de l'état récessif et de l'état dominant d'une UCE déconnectée du bus sont
indiqués respectivement dans les Tableaux 3 et 4.
8 © ISO 2002 – Tous droits réservés
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Tableau 3 — Paramètres courant continu d'une UCE déconnectée du bus à l'état récessif
Conditions
Paramètre Symbole Min. Max. Unité
V
CAN_H
a b
Tension du bus 2,2 2,7 V
V
CAN_L
R
Résistance différentielle interne f
diff 10 — kΩ
R f
Résistance interne 20 — kΩ
in
Adaptation résistance différentielle
d f
-5 5 %
interne
Tension différentielle interne
V a c e
d'entrée devant être détectée −1,0 0,5 V
diff_IR
comme récessive
a
L'unité de commande électronique doit être alimentée.
b
La résistance Thévenin équivalente du circuit de polarisation d'entrée doit être comprise entre 80 kΩ et 100 kΩ et
apparaître en série des deux terminaux CAN_H et CAN_L à la source de polarisation d'entrée. La polarisation d'entrée est
nécessaire pour fournir un état connu pour les signaux réseau d'une UCE déconnectée de son segment de bus.
c
La réception doit être garantie pour la gamme de tensions de mode commun définie aux Tableaux 5 et 6.
d
La couche physique utilise des
...
Questions, Comments and Discussion
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