CAN總線終端電阻作用

使用終端電阻來(lái)保證隱性位傳輸

使用終止電阻有兩個(gè)原因。首先是提高信號(hào)質(zhì)量。端接可防止由于位邊沿振鈴（振蕩）而導(dǎo)致通信失敗的反射。當(dāng)信號(hào)到達(dá)電纜末端時(shí)，反射可能特別強(qiáng)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(jìn)制 0 或 1 的串行協(xié)議，其中 0 是顯性的，1 是隱性的。每個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)中的CAN驅(qū)動(dòng)器在發(fā)送二進(jìn)制1（隱性電平）時(shí)通常完全被動(dòng)。

為了在隱性位傳輸過(guò)程中獲得定義的信號(hào)電平，通信線路上需要一個(gè)無(wú)源元件，通常是電阻器。該電阻器可以“上拉”或“下拉”到某個(gè)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(jié)點(diǎn)之間分配電阻。

最大限度地提高信號(hào)質(zhì)量

為了獲得良好的信號(hào)質(zhì)量，必須使用雙絞線作為傳輸介質(zhì)，并保護(hù)信號(hào)免受外部噪聲的影響。雙絞線通過(guò)確保沿雙絞線的均勻橫截面和固定的幾何形狀來(lái)提高信號(hào)質(zhì)量，從而確保固定阻抗。固定阻抗對(duì)于良好的信號(hào)質(zhì)量至關(guān)重要。

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

獲得隱性水平

為了將特定負(fù)載達(dá)到隱性水平，在兩根雙絞線之間放置一個(gè)電阻負(fù)載（即電阻器）。這確保了在兩根導(dǎo)線之間產(chǎn)生差分電壓所需的一定能級(jí)。電阻器還確保當(dāng)主信號(hào)消失時(shí)，電壓差恢復(fù)為零。

一個(gè)挑戰(zhàn)是為定義隱性電平的電阻器選擇一個(gè)合適的值。在主信號(hào)傳輸期間，當(dāng)CAN單元發(fā)送二進(jìn)制0時(shí)，必須達(dá)到一定的信號(hào)電平，同時(shí)認(rèn)識(shí)到低電阻值將要求CAN驅(qū)動(dòng)器提供高電流。換句話說(shuō)，為了節(jié)省能源，電阻值應(yīng)該盡可能高。但是，這還有其他缺點(diǎn)。

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

其次，在主導(dǎo)狀態(tài)下，電纜中的電容可以充電到該信號(hào)電平，以便在CAN驅(qū)動(dòng)器返回?zé)o源狀態(tài)之前，需要對(duì)這些電容器進(jìn)行放電。為了獲得最佳性能，電阻值應(yīng)具有盡可能低的值。

對(duì)于低速通信（< 125 kbit/s），上升和下降時(shí)間為500納秒，這種信號(hào)變化，從隱性到主導(dǎo)，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(fù)載分布在每個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)上。這具有電氣優(yōu)勢(shì)，但如果增加CAN節(jié)點(diǎn)的數(shù)量，除非每個(gè)節(jié)點(diǎn)的電阻值增加，否則負(fù)載也會(huì)增加。

對(duì)于高于 125 kbit/s 的比特率，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)新問(wèn)題，因?yàn)楦叩谋忍芈室残枰叩霓D(zhuǎn)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(fā)送時(shí)需要 50 納秒的壓擺率，從而導(dǎo)致位邊沿分布在 10 米長(zhǎng)的電纜長(zhǎng)度上。如果CAN總線線長(zhǎng)于5米，位邊將到達(dá)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(huì)導(dǎo)致信號(hào)電平振鈴，要消除它們，必須吸收能量。這可以通過(guò)在CAN總線的末端放置一個(gè)電阻器來(lái)實(shí)現(xiàn)，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(chǎn)生一個(gè)完美的方波信號(hào)，沒有任何振鈴。

還有一些問(wèn)題要問(wèn)：

電纜的阻抗是多少？

這不是一個(gè)簡(jiǎn)單的問(wèn)題，因?yàn)樗Q于電纜的成分和隔離性能，以及其機(jī)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(yīng)放置具有相同值的電阻器。

我的CAN總線連接了多少個(gè)節(jié)點(diǎn)？

需要檢測(cè)連接到CAN總線的確切節(jié)點(diǎn)數(shù)量，并將內(nèi)部終端調(diào)整為正確的值。找出連接節(jié)點(diǎn)的數(shù)量并不是一件容易的事，相應(yīng)地改變電阻值也不是一件容易的事。一個(gè)簡(jiǎn)單的解決方案是在電纜上的兩個(gè)位置放置兩個(gè) 120 歐姆電阻器，以確保 60 歐姆負(fù)載。這將導(dǎo)致連接到總線線路的任何數(shù)字節(jié)點(diǎn)具有適當(dāng)?shù)碾[性電平。對(duì)于高于 125 kbit/s 或超過(guò)長(zhǎng)電纜的比特率，是否需要將負(fù)載放置在電纜的兩端，以防止位沿的振蕩。

為什么CAN標(biāo)準(zhǔn)選擇了120歐姆電阻？

答案是大多數(shù)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(duì)，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(huì)下降到 105 歐姆，然后使用薄隔離（如 CAT5 電纜所示），阻抗會(huì)下降到 100 歐姆。

當(dāng)將CAT5電纜用于CAN總線時(shí)，120歐姆電阻不是最佳結(jié)束電阻，但對(duì)于1 Mbit/s的50納秒壓擺率來(lái)說(shuō)，它已經(jīng)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(huì)出現(xiàn)問(wèn)題…但這甚至超過(guò)了 CAN-FD 所能達(dá)到的程度。

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