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詳解CAN總線:高速CAN總線和低速CAN總線的特性

發布人:美男子玩編程 時間:2022-09-19 來源:工程師 發布文章

在ISO 11898-2和ISO 11898-3中分別規定了兩種CAN總線結構(在BOSCH CAN2.0規范中,并沒有關于總線拓撲結構的說明):高速CAN總線和低速CAN總線,區別表如下所示:


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本篇博文將詳細介紹兩者的特性和區別。


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高速CAN總線

ISO 11898-2中定義了通信速率為125Kbps~1Mbps的高速閉環CAN通信標準,當通信總線長度≤40米,最大通信速率可達到1Mbps,高速閉環CAN(高速CAN)通信如下圖所示:


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1.1、電氣特性

高速CAN總線上為顯性電平(邏輯0)時,CAN_H為3.5V、CAN_L為1.5V,此時電壓差是2V,顯性狀態的CAN總線電壓范圍如下圖(標準來源:ISO 11898-2:2006)所示:


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高速CAN總線上為隱性電平(邏輯1)時,CAN_H和CAN_L都為2.5V,此時電壓差就是0V,隱性狀態的CAN總線電壓范圍如下圖(標準來源:ISO 11898-2:2006)所示:


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1.2、終端電阻

高速CAN線需要在CAN_H和CAN_L加終端電阻,電纜上的終端電阻應與電纜的標稱阻抗相匹配,終端匹配電阻一般為120Ω,每個終端電阻應能消耗0.25W的功率(標準來源:ISO 11898-2:2003)。


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如果高速CAN傳輸線路沒有終止,線路上的每個信號變化都會導致反射,這可能會導致通信故障。由于通信在CAN總線上雙向流動,因此CAN要求終止電纜的兩端。然而,這一要求并不意味著每個設備都應該有一個終端電阻。如果沿電纜放置多個設備,只有電纜末端的設備應該有終端電阻。放置終端電阻位置如下所示:


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1.3、總線長度

高速CAN總線,總線長度最大為40m,當總線長度超過40m后,總線的速率會受到影響。支線長度(節點和總線之間的距離)最長為0.3m,支線節點距離長度最大也是40m(標準來源:ISO 11898-2:2003)。


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1.4、布線電纜

高速CAN總線電纜應滿足ISO11898中規定的物理介質要求,如下表所示:


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1.5、設備數量

高速CAN總線上設備的最大數量取決于網絡上設備的電氣特性。如果所有的設備都符合ISO11898的要求,那么至少有30個設備可以被連接到總線上。


如果設備的電氣特性沒有降低信號質量,滿足ISO11898信號級規范,網絡上的所有設備都符合設備網的規格,則可以連接64個設備到網絡。


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低速CAN總線

ISO 11898-3中定義了通信速率為10~125Kbps的低速開環CAN通信標準,當傳輸速率為40Kbps時,總線距離可達到1000米。低速開環CAN(也叫:低速容錯CAN)通信如下圖所示:


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2.1、電氣特性

低速CAN總線上為顯性電平(邏輯0)時,CAN_H為3.6V、CAN_L為1.4V,此時電壓差是2.2V。總線上為隱性電平(邏輯1)時,CAN_H為0.3V、CAN_L都為4.7V,此時電壓差就是-4.4V,顯性狀態和隱性狀態的CAN總線電壓范圍如下圖(標準來源:ISO 11898-3:2006)所示:


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2.2、終端電阻

與高速CAN不同,低速CAN需要在低速CAN收發器上終止,而不是在電纜上。該終端需要兩個電阻器:RTH用于CAN_H,RTL用于CAN_L。這種配置允許Philips fault-tolerant CAN收發器檢測并從總線故障中恢復。


Philips建議低速CAN網絡,一個整體的RTH和RTL終端電阻為100Ω到500Ω(每個)。整個網絡終端電阻可以確定如下公式:


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低速CAN網絡上的每個設備每條CAN數據線都需要一個終端電阻:RTH用于CAN_H,RTL用于CAN_L,放置終端電阻位置如下所示:


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2.3、總線長度

在線形拓撲中,可掛載20個以上低速CAN節點,在網絡總長度不應超過40米的情況下最大通信速度達到125Kbps。


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在星形拓撲中, 網絡總長度約為40m,各個節點間距離不超過20m。


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2.4、布線電纜

低速CAN總線電纜應滿足ISO11898中規定的物理介質要求,如下表所示:


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2.5、設備數量

低速CAN總線上設備的最大數量取決于網絡上設備的電氣特性。如果所有的設備都滿足典型的低速/容錯CAN的要求,那么最多有32個設備可以連接到總線上。如果設備信號質量滿足低速/容錯信號水平規范,則可以連接更高數量的設備。


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補充知識:ISO 11898-3與ISO 11519-2標準的關系

ISO 11519由以下部分組成,總稱“道路車輛—低速串行數據通信”:

  • Part 1:General and definitions 概述和定義

  • Part 2:Low-speed controller area network (CAN) 低速控制器局域網(CAN)

  • Part 3:Part 3: Vehicle area network (VAN) 車輛局域網(VAN)


ISO 11519-2:1994(Low-speed controller area network (CAN), 低速控制器局域網(CAN)),指定CAN的數據鏈路層和物理層,這是用于公路車輛應用的高達125 Kbit/s的通信網絡。低速CAN是一種串行通信協議,支持分布式實時控制和多路復用。根據ISO 7498在ISO-OSI模型中定義的層次結構層中定義網絡的一般體系結構。該標準允許在CAN總線連線失敗時CAN總線通信得以繼續進行。


ISO 11898-3:2006(Road vehicles — Controller area network (CAN) — Part 3: Low-speed, fault-tolerant, medium-dependent interface,道路車輛—控制器局域網(CAN)—第3部分:低速,容錯,介質相關的接口),規定了在配備有控制器局域網(CAN)的道路車輛電子控制單元之間以40 Kbit/s至125Kbit/s的傳輸速率建立數字信息交換的特性。


標準ISO 11519-2-1994已經在2006年被ISO 11898-3-2006代替了,符合標準ISO 11898-3的產品也是支持符合ISO 11519-2標準的產品。


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關鍵詞: CAN總線

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