解析CAN總線終端電阻的作用

CAN總線終端電阻，一般來說都是120歐姆，實際上在設(shè)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，基本上稍微知道點CAN總線的人都知道這個道理。

但是作為學渣的我，知道這個是在各種標準以及各種數(shù)據(jù)手冊和應(yīng)用筆記里面常用的電阻值，但是這兩個終端電阻的具體作用是什么呢?之前就知道阻抗匹配，但是究竟匹配的是什么呢?然后我就上知乎遨游了一下，半抄半寫的總結(jié)了下面的這些知識點。知道終端電阻的作用，對于日常工作中波形不穩(wěn)定等問題，也能更快的找到問題的原因。

終端電阻的作用

CAN總線終端電阻的作用有3個：1、提高抗干擾能力，讓高頻低能量的信號迅速走掉2、確?？偩€快速進入隱性狀態(tài)，讓寄生電容的能量更快走掉;3、提高信號質(zhì)量，放置在總線的兩端，讓反射能量降低。

一、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”，由CAN收發(fā)器決定。下圖是一個CAN收發(fā)器的典型內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，CANH、CANL連接總線。

總線顯性時，收發(fā)器內(nèi)部Q1、Q2導通，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。總線若無負載，隱性時差分電阻阻值很大，內(nèi)部的MOS管屬于高阻態(tài)，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)。這個時候如果有差模干擾過來，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。

二、確?？焖龠M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，而在恢復到隱性狀態(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(nèi)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，放電時間就會明顯比較長。我們在收發(fā)器的CANH、CANL之間加入一個220PF的電容進行模擬試驗，位速率為500kbit/s，波形如圖，這個波形的下降沿就是比較長的狀態(tài)。

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

三、提高信號質(zhì)量信號

在較高的轉(zhuǎn)換速率情況下，信號邊沿能量遇到阻抗不匹配時，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。能量發(fā)生反射時，導致反射的波形與原來的波形進行疊加，就會產(chǎn)生振鈴。在總線線纜的末端，阻抗急劇變化導致信號邊沿能量反射，總線信號上會產(chǎn)生振鈴，若振鈴幅度過大，就會影響通信質(zhì)量。在線纜末端增加一個與線纜特征阻抗一致的終端電阻，可以將這部分能量吸收，避免振鈴的產(chǎn)生。別人進行了一個模擬試驗(圖片都是我抄過來的)，位速率為1Mbit/s，收發(fā)器CANH、CANL接一根10m左右的雙絞線，收發(fā)器端接120Ω電阻保證隱性轉(zhuǎn)換時間，末端不加負載。末端信號波形如圖所示，信號上升沿出現(xiàn)了振鈴。

若雙絞線末端增加一個120Ω的電阻，末端信號波形明顯改善，振鈴消失。

一般在直線型拓撲中，線纜兩端即是發(fā)送端，也是接收端，故線纜兩端需各加一個終端電阻。而在實際應(yīng)用過程中，CAN總線一般都不是完美的總線式的設(shè)計，很多時候是總線型和星型的混合結(jié)構(gòu)，這個時候一般都將CAN終端電阻布置在線束最遠的兩端，來盡量的模擬CAN總線的標準結(jié)構(gòu)。為什么選120Ω?什么是阻抗?在電學中，常把對電路中電流所起的阻礙作用叫做阻抗。阻抗單位為歐姆，常用Z表示，是一個復數(shù)Z= R+i( ωL–1/(ωC))。具體說來阻抗可分為兩個部分，電阻(實部)和電抗(虛部)。其中電抗又包括容抗和感抗，由電容引起的電流阻礙稱為容抗，由電感引起的電流阻礙稱為感抗。這里的阻抗是指Z的模。任何一根線纜的特征阻抗都可以通過實驗的方式得出。線纜的一端接方波發(fā)生器，另一端接一個可調(diào)電阻，并通過示波器觀察電阻上的波形。調(diào)整電阻阻值的大小，直到電阻上的信號是一個良好的無振鈴的方波，此時的電阻值可以認為與線纜的特征阻抗一致。采用兩根汽車使用的典型線纜，將它們扭制成雙絞線，就可根據(jù)上述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，所以這個120Ω是測出來的，不是算出來的，都是根據(jù)實際的線束特性進行計算得到的。當然在ISO 11898-2這個標準里面也是有定義的。

為什么功率還要選0.25W?這個就要結(jié)合一些故障狀態(tài)也計算，汽車ECU的所有接口都需要考慮短路到電源和短路到地的情況，所以我們也需要考慮CAN總線的節(jié)點短路到電源的情況，根據(jù)標準需要考慮短路到18V的情況，假設(shè)CANH短路到18V，電流會通過終端電阻流到CANL上，而CANL內(nèi)部由于限流的原因，最大注入電流為50mA(TJA1145的規(guī)格書上標注)，這時候120Ω電阻的功率就是50mA*50mA*120Ω=0.3W?？紤]到高溫情況下的降額，終端電阻的功率就是0.5W。

原文標題：CAN總線終端電阻的作用?為什么是120Ω?為什么是0.25W?

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審核編輯：湯梓紅