CAN总线中的终端电阻
近海
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2019.12.30
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CAN协议规定,在总线的两端需要在CANH和CANL之间接入终端电阻(典型值120欧姆)。那么这个终端电阻在网络中究竟起什么作用呢?为什么要接入这个电阻以及电阻如何取值?本文就来讨论一下这个问题。

在CAN总线中,终端电阻是必不可少的,如下图所示。它在CAN网络中的作用主要体现在以下两点:

(1)减少总线信号反射,提高信号质量;

(2)确保总线快速进入隐性状态。

1. 减少总线信号反射,提高信号质量

由传输线理论知道,在信号传输过程中,如果传输线的特性阻抗发生突变会导致信号发生反射,反射信号与原信号叠加后导致信号变形,影响信号质量。另外,信号波长与频率成反比,低频信号的波长远大于传输线长度,因此一般不用考虑反射问题。当高频信号的波长与传输线长度相当时就容易发生反射,此时必须要考虑传输线的阻抗匹配问题。

由于总线末端的阻抗急剧变化,容易导致信号反射产生振铃现象,如果振铃幅度过大就会影响信号质量,所以在总线末端增加一个与线缆特性阻抗一致的终端电阻,使得传输线阻抗不变或变化不大,消除信号反射,避免振铃现象的产生,如下图所示,增加终端电阻后信号波形得到很大改善。

2. 确保总线快速进入隐性状态

总线处于显性状态期间,总线上的寄生电容会被充电,当总线切换到隐性状态时,这些电容需要放电。如果CANH和CANL线缆之间没有电阻,那么电容只能通过收发器内部的差分电阻放电,而差分电阻都比较大(一般大于20K欧姆),在这种情况下放电速度就比较慢,影响总线速率,如下图所示。

从上图看出,总线从显性恢复到隐性的波形下降沿较缓,时间比较长,在总线波特率较低的情况下还能够正常通信,如果波特率更高或者总线电容更大,则很难保证正常通信。

还可以看出,CANH和CANL之间增加了终端电阻后,波形下降沿很陡,从显性到隐性的转换时间很短,基本与显性状态的建立时间相当,这种情况下可以支持更高的通信速率和更大的总线电容。

3. 终端电阻的取值

在汽车系统中,CAN总线的终端电阻一般为120欧姆。这是因为汽车系统中使用的组网介质一般是双绞线,而双绞线的特征阻抗大约为120欧姆,所以终端电阻的取值也是120欧姆。由于在总线两端都需要接入120欧姆的电阻,所以用万用表测量CANH和CANL之间的电阻一般为60欧姆左右。

如果CAN总线采用其它介质,则需要根据传输线的特征阻抗相应地改变终端电阻值。

本文分析了CAN总线中终端电阻的作用及其取值,希望能够帮助大家更好地掌握CAN总线技术,设计出更稳定可靠的CAN网络。

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