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CAN總線網(wǎng)絡(luò)中為什么需要安裝終端電阻?

jf_78858299 ? 來源:美男子玩編程 ? 作者:美男子玩編程 ? 2023-05-11 15:16 ? 次閱讀

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,每個終端電阻應(yīng)能消耗0.25W的功率(標(biāo)準(zhǔn)來源:ISO 11898-2:2003)。

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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),一個整體的RTH和RTL終端電阻為100Ω到500Ω(每個)。整個網(wǎng)絡(luò)終端電阻可以確定如下公式:

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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;
  • 提高信號質(zhì)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(qū)分“顯性”和“隱性”兩種狀態(tài),“顯性”對應(yīng)二進(jìn)制的“邏輯0”,“隱性”對應(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:

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

總線負(fù)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(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,總線就判斷為“顯性”)??偩€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(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,“隱性”和“顯性”狀態(tài)變化會對寄生電容進(jìn)行充電和放電,若總線中無阻性負(fù)載,信號波形會出現(xiàn)“緩慢變化”的過程。如下圖所示:

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

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為了讓總線寄生電容快速放電,確??偩€快速進(jìn)入隱性狀態(tài),需要在CANH、CANL之間放置一個負(fù)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(fù)到隱性的時間縮減到128nS,與顯性建立時間相當(dāng)。

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

3

吸收反射的信號,提高信號質(zhì)量

信號在較高的轉(zhuǎn)換速率情況下,信號當(dāng)信號遇到阻抗變化時,會產(chǎn)生信號反射;傳輸線纜橫截面的幾何結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,線纜的特征阻抗會隨之變化,也會造成反射。反射的信號則會返回來影響質(zhì)量,在總線上產(chǎn)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(zhì)量,甚至造成總線數(shù)據(jù)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(chǎn)生,如下圖所示:

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