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CAN總線網絡中為什么需要安裝終端電阻?

發布人:美男子玩編程 時間:2023-04-25 來源:工程師 發布文章

在詳解CAN總線:高速CAN總線和低速CAN總線的特性文章中,高速CAN網絡和低速CAN網絡都需要安裝終端電阻。


高速CAN網絡需要在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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低速CAN網絡的終端電阻數值不固定,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:




為什么CAN總線網絡中為什么需要安裝終端電阻?主要有3方面原因:

  • 提高抗干擾能力,讓高頻低能量的信號迅速走掉;

  • 確保總線快速進入隱性狀態,讓寄生電容的能量更快走掉;

  • 提高信號質量,放置在總線的兩端,讓反射能量降低。


1


提高抗干擾能力

CAN總線上的信號區分“顯性”和“隱性”兩種狀態,“顯性”對應二進制的“邏輯0”,“隱性”對應二進制的“邏輯1”。“顯性”或“隱性”由CAN收發器決定,下圖為一款CAN收發器內部邏輯框圖:


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總線“顯性”時,收發器內部Q1、Q2導通,CANH、CANL之間產生壓差;“隱性”時,Q1、Q2截止,CANH、CANL處于無源狀態,壓差為0。


總線負載時,“隱性”時差分電阻阻值很大,外部的干擾只需要極小的能量即可令總線進入“顯性”(一般的收發器顯性門限最小電壓僅500mV,壓差為500mV時,總線就判斷為“顯性”)。總線上有差模干擾時,總線上就會有明顯的波動,而這些波動沒有地方能夠吸收掉他們,就會在總線上創造一個顯性位出來。


所以為提升總線隱性時的抗干擾能力,可以增加一個差分負載電阻,且阻值盡可能小,以杜絕大部分噪聲能量的影響。然而,為了避免需要過大的電流總線才能進入“顯性”,阻值也不能過小。


2


確保總線盡快進入隱性狀態

由于總線上不可避免的存在寄生電容,CAN總線數據傳輸時,“隱性”和“顯性”狀態變化會對寄生電容進行充電和放電,若總線中無阻性負載,信號波形會出現“緩慢變化”的過程。如下圖所示:




將上圖放大后可發現顯性恢復到隱性的時間長達1.44μS。在采樣點較高的情況下勉強能夠通信,若通信速率更高,或寄生電容更大,則很難保證通信正常。如下圖所示:


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為了讓總線寄生電容快速放電,確保總線快速進入隱性狀態,需要在CANH、CANL之間放置一個負載電阻。


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增加一個60Ω的電阻后,從上圖中看出,顯性恢復到隱性的時間縮減到128nS,與顯性建立時間相當。


由以上的波形對比可發現,終端電阻會使總線更快的在“顯性”和“隱性”狀態間變化。


3


吸收反射的信號,提高信號質量

信號在較高的轉換速率情況下,信號當信號遇到阻抗變化時,會產生信號反射;傳輸線纜橫截面的幾何結構發生變化,線纜的特征阻抗會隨之變化,也會造成反射。反射的信號則會返回來影響質量,在總線上產生“振鈴”,如下圖所示:


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若“振鈴”信號過大,就會影響信號質量,甚至造成總線數據傳輸錯誤。


在線纜末端增加一個與線纜特征阻抗一致的終端電阻,可以將反射信號的能量吸收,避免振鈴的產生,如下圖所示:


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關鍵詞: CAN

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