CAN總線網(wǎng)絡(luò)中為什么需要安裝終端電阻？

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(wǎng)絡(luò)和低速CAN網(wǎng)絡(luò)都需要安裝終端電阻。

高速CAN網(wǎng)絡(luò)需要在CAN_H和CAN_L加終端電阻，電纜上的終端電阻應(yīng)與電纜的標(biāo)稱阻抗相匹配，終端匹配電阻一般為120Ω，每個(gè)終端電阻應(yīng)能消耗0.25W的功率（標(biāo)準(zhǔn)來源：ISO 11898-2:2003）。

低速CAN網(wǎng)絡(luò)的終端電阻數(shù)值不固定，Philips建議低速CAN網(wǎng)絡(luò)，一個(gè)整體的RTH和RTL終端電阻為100Ω到500Ω（每個(gè)）。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)終端電阻可以確定如下公式：

為什么CAN總線網(wǎng)絡(luò)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(hào)迅速走掉；

• 確?？偩€快速進(jìn)入隱性狀態(tài)，讓寄生電容的能量更快走掉；

• 提高信號(hào)質(zhì)量，放置在總線的兩端，讓反射能量降低。

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提高抗干擾能力

CAN總線上的信號(hào)區(qū)分“顯性”和“隱性”兩種狀態(tài)，“顯性”對(duì)應(yīng)二進(jìn)制的“邏輯0”，“隱性”對(duì)應(yīng)二進(jìn)制的“邏輯1”?！帮@性”或“隱性”由CAN收發(fā)器決定，下圖為一款CAN收發(fā)器內(nèi)部邏輯框圖：

總線“顯性”時(shí)，收發(fā)器內(nèi)部Q1、Q2導(dǎo)通，CANH、CANL之間產(chǎn)生壓差；“隱性”時(shí)，Q1、Q2截止，CANH、CANL處于無源狀態(tài)，壓差為0。

總線負(fù)載時(shí)，“隱性”時(shí)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(jìn)入“顯性”（一般的收發(fā)器顯性門限最小電壓僅500mV，壓差為500mV時(shí)，總線就判斷為“顯性”）。總線上有差模干擾時(shí)，總線上就會(huì)有明顯的波動(dòng)，而這些波動(dòng)沒有地方能夠吸收掉他們，就會(huì)在總線上創(chuàng)造一個(gè)顯性位出來。

所以為提升總線隱性時(shí)的抗干擾能力，可以增加一個(gè)差分負(fù)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(jìn)入“顯性”，阻值也不能過小。

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確?？偩€盡快進(jìn)入隱性狀態(tài)

由于總線上不可避免的存在寄生電容，CAN總線數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，“隱性”和“顯性”狀態(tài)變化會(huì)對(duì)寄生電容進(jìn)行充電和放電，若總線中無阻性負(fù)載，信號(hào)波形會(huì)出現(xiàn)“緩慢變化”的過程。如下圖所示：

將上圖放大后可發(fā)現(xiàn)顯性恢復(fù)到隱性的時(shí)間長(zhǎng)達(dá)1.44μS。在采樣點(diǎn)較高的情況下勉強(qiáng)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：

為了讓總線寄生電容快速放電，確保總線快速進(jìn)入隱性狀態(tài)，需要在CANH、CANL之間放置一個(gè)負(fù)載電阻。

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

由以上的波形對(duì)比可發(fā)現(xiàn)，終端電阻會(huì)使總線更快的在“顯性”和“隱性”狀態(tài)間變化。

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吸收反射的信號(hào)，提高信號(hào)質(zhì)量

信號(hào)在較高的轉(zhuǎn)換速率情況下，信號(hào)當(dāng)信號(hào)遇到阻抗變化時(shí)，會(huì)產(chǎn)生信號(hào)反射；傳輸線纜橫截面的幾何結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，線纜的特征阻抗會(huì)隨之變化，也會(huì)造成反射。反射的信號(hào)則會(huì)返回來影響質(zhì)量，在總線上產(chǎn)生“振鈴”，如下圖所示：

若“振鈴”信號(hào)過大，就會(huì)影響信號(hào)質(zhì)量，甚至造成總線數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤。

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