CAN總線終端電阻作用

使用終端電阻來保證隱性位傳輸

使用終止電阻有兩個原因。首先是提高信號質量。端接可防止由于位邊沿振鈴（振蕩）而導致通信失敗的反射。當信號到達電纜末端時，反射可能特別強烈，這就是將終端適配器放置在末端的原因。其次，終止可用于獲取在通信中定義邏輯 1 的隱性電平。

為什么要使用電阻器？

CAN 是一種傳輸二進制 0 或 1 的串行協議，其中 0 是顯性的，1 是隱性的。每個CAN節點中的CAN驅動器在發送二進制1（隱性電平）時通常完全被動。

為了在隱性位傳輸過程中獲得定義的信號電平，通信線路上需要一個無源元件，通常是電阻器。該電阻器可以“上拉”或“下拉”到某個電壓水平，也可以組合使用，例如單線 CAN （SWC） 使用上拉電阻器，而低速 CAN （LS-CAN） 使用上拉和下拉電阻器的組合。SWC 和 LS-CAN 的比特率均小于 125 kbit/s，因此可以在不同的 CAN 節點之間分配電阻。

最大限度地提高信號質量

為了獲得良好的信號質量，必須使用雙絞線作為傳輸介質，并保護信號免受外部噪聲的影響。雙絞線通過確保沿雙絞線的均勻橫截面和固定的幾何形狀來提高信號質量，從而確保固定阻抗。固定阻抗對于良好的信號質量至關重要。

雙絞線使兩根電線保持緊密相連，通過確保兩根電線經歷共同的電壓噪聲水平來保護信號免受外部電場的影響，從而消除干擾的影響。此外，捻線使這對電線具有抗磁干擾的能力。兩根導線之間的有限間隙最大限度地減少了對磁流的暴露，而且扭曲確保了下一次扭曲中的相反流動，從而抵消了磁場的影響。

獲得隱性水平

為了將特定負載達到隱性水平，在兩根雙絞線之間放置一個電阻負載（即電阻器）。這確保了在兩根導線之間產生差分電壓所需的一定能級。電阻器還確保當主信號消失時，電壓差恢復為零。

一個挑戰是為定義隱性電平的電阻器選擇一個合適的值。在主信號傳輸期間，當CAN單元發送二進制0時，必須達到一定的信號電平，同時認識到低電阻值將要求CAN驅動器提供高電流。換句話說，為了節省能源，電阻值應該盡可能高。但是，這還有其他缺點。

高電阻值有兩個挑戰。首先，如果電阻值較低，則需要相對較高的噪聲能量來激活主電平，而低噪聲閾值使通信流容易出錯。

其次，在主導狀態下，電纜中的電容可以充電到該信號電平，以便在CAN驅動器返回無源狀態之前，需要對這些電容器進行放電。為了獲得最佳性能，電阻值應具有盡可能低的值。

對于低速通信（< 125 kbit/s），上升和下降時間為500納秒，這種信號變化，從隱性到主導，反之亦然，將分布在100米以上。如果CAN總線小于100米，則可以將電阻器放置在總線沿線的任何位置。在SWC和LS-CAN中，負載分布在每個CAN節點上。這具有電氣優勢，但如果增加CAN節點的數量，除非每個節點的電阻值增加，否則負載也會增加。

對于高于 125 kbit/s 的比特率，會產生一個新問題，因為更高的比特率也需要更高的轉換速率。如果 500 納秒的壓擺率以 125 kbit/s 的速度工作，則在以 1 Mbit/s 的速度發送時需要 50 納秒的壓擺率，從而導致位邊沿分布在 10 米長的電纜長度上。如果CAN總線線長于5米，位邊將到達CAN總線的另一端并被反射回另一端，在那里它將再次被反射，直到所有能量都被電纜電阻吸收。反射會導致信號電平振鈴，要消除它們，必須吸收能量。這可以通過在CAN總線的末端放置一個電阻器來實現，該電阻器的值與電纜的阻抗值相同。它將吸收邊緣中的所有能量，并產生一個完美的方波信號，沒有任何振鈴。

還有一些問題要問：

電纜的阻抗是多少？

這不是一個簡單的問題，因為它取決于電纜的成分和隔離性能，以及其機械尺寸。典型的同軸電纜將具有 50 至 75 歐姆，而 CAT5 電纜將具有 100 歐姆阻抗。電纜的兩端應放置具有相同值的電阻器。

我的CAN總線連接了多少個節點？

需要檢測連接到CAN總線的確切節點數量，并將內部終端調整為正確的值。找出連接節點的數量并不是一件容易的事，相應地改變電阻值也不是一件容易的事。一個簡單的解決方案是在電纜上的兩個位置放置兩個 120 歐姆電阻器，以確保 60 歐姆負載。這將導致連接到總線線路的任何數字節點具有適當的隱性電平。對于高于 125 kbit/s 或超過長電纜的比特率，是否需要將負載放置在電纜的兩端，以防止位沿的振蕩。

為什么CAN標準選擇了120歐姆電阻？

答案是大多數汽車電纜都是單線的。如果您將汽車中通常使用的電線擰成一對，您將獲得 120 歐姆的阻抗。如果然后將雙絞線擠壓到電纜中，阻抗通常會下降到 105 歐姆，然后使用薄隔離（如 CAT5 電纜所示），阻抗會下降到 100 歐姆。

當將CAT5電纜用于CAN總線時，120歐姆電阻不是最佳結束電阻，但對于1 Mbit/s的50納秒壓擺率來說，它已經足夠了。如果將比特率提高到 100 Mbit/s 并尋求幾納秒的壓擺率，就會出現問題…但這甚至超過了 CAN-FD 所能達到的程度。

來自汽車以太網技術研究實驗室公眾號