CAN總線為什么需要加終端電阻？如果不加會怎樣？
發(fā)布日期:2024-12-20
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終端電阻是CAN總線通信的重要配置，它是影響CAN總線通信的重要組件。CAN總線終端電阻一般來說都是120Ω，實際上在設計的時候，也是兩個60歐姆的電阻串起來，而總線上一般有兩個120Ω的節(jié)點。CAN總線為何要加終端電阻呢？
終端電阻的作用：
（1）提高抗干擾能力，迅速過掉高頻低能量的信號。
（2）確?？偩€快速進入隱性狀態(tài)，快速過掉寄生電容的能量。
（3）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總線有“顯性”和“隱性”兩種狀態(tài)，“顯性”代表“0”，“隱性”代表“1”，這是由CAN收發(fā)器決定的。下圖是一個CAN收發(fā)器的典型內部結構圖，CANH、CANL連接總線。
總線為“顯性”時，收發(fā)器內部Q1、Q2導通，CANH、CANL之間產生壓差；為“隱性”時，Q1、Q2截止，CANH、CANL處于無源狀態(tài)，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(fā)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(chuàng)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?？偩€盡快進入隱性狀態(tài)
在顯性狀態(tài)期間，總線的寄生電容會被充電，而恢復到隱性狀態(tài)時，這些電容需要放電。如果CANH、CANL之間沒有放置任何阻性負載，電容只能通過收發(fā)器內部的差分電阻放電，這個阻抗是比較大的，按照RC濾波電路的特性，放電時間就會明顯延長。為了讓總線寄生電容快速放電，確?？偩€快速進入隱性狀態(tài)，需要在CANH、CANL之間放置一個負載電阻。
3.吸收反射的信號，提高信號質量
信號反射
在電路中，信號反射是指信號在傳輸線或電路中遇到阻抗不匹配導致部分信號被反射回去的現(xiàn)象。這種反射會引起信號的失真和干擾，對電路的性能和可靠性產生負面影響。在阻抗突變的地方會發(fā)生反射，這意味著我們?yōu)榱吮苊膺@種情況的發(fā)生能有以下措施：
（1）使用可控阻抗互聯(lián)；
（2）傳輸線兩端至少有一個端接匹配；
（3）選擇布線拓撲結構，使分支的影響最小化；
（4）讓幾何結構的任何突變都最小化。
阻抗匹配
所以在信號線上我們一般會加端接匹配電阻用來避免信號反射同時增強抗干擾能力，CAN總線也不例外。在CAN總線上我們常常端接120歐姆電阻用以阻抗匹配。
如果阻抗不匹配會發(fā)生什么？下面我們建立一個模型分析：
圖1 傳輸線模型
如圖1所示，信號源內阻120Ω，源端接120Ω電阻，接收端開路因此反射系數(shù)為1。探針1為源端電壓V1，探針2為接收端電壓V2。我們假設傳輸延遲1ns，信號源電壓幅值5V。
那么下面V1和V2隨時間變化的理想曲線如圖2：
圖2 反射電壓
可以看到，從第0秒開始，發(fā)射端給出一個5V的信號電壓，經過1ns之后到達接收端，由于此時接收端處于全反射狀態(tài)因此與源端信號疊加在1ns時刻V2變成10V，反射信號由于全反射并沒有被消耗于是又經過1ns返回發(fā)射端使V1在2ns時刻變成10V。以上是在理想情況下的反射情況，實際電路中并不存在全反射，因此實際的反射曲線會是一個幅值逐漸減小的振鈴形式的信號。例如圖3：
圖3 V2電壓
綜上所述，信號反射是電路中常見的問題，會對信號質量和電路性能產生不良影響。采取適當?shù)淖杩蛊ヅ浜徒档头瓷涞姆椒梢詼p少信號反射并提高電路的穩(wěn)定性和可靠性。
至于為什么采用120Ω電阻？這是根據實際的線束特性進行計算得到的。采用兩根汽車使用的典型線纜，將它們扭制成雙絞線，根據線纜的特征阻抗計算方法得到特征阻抗大約為120Ω，這也是CAN標準推薦的終端電阻阻值。在ISO 11898-2標準里面也有定義。
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