小電阻之大作用——CAN終端電阻

來源：ZLG致遠電子研發(fā)部

CAN總線終端電阻，顧名思義就是加在總線末端的電阻。此電阻雖小，但在CAN總線通信中卻有十分重要的作用。

終端電阻的作用

CAN總線終端電阻的作用有兩個：

1、提高抗干擾能力，確?？偩€快速進入隱性狀態(tài)；

2、提高信號質量。

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。圖1是一個CAN收發(fā)器的典型內部結構圖，CANH、CANL連接總線。

圖1

總線顯性時，收發(fā)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(tài)，壓差為0。

總線若無負載，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）。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。

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)器內部的差分電阻放電。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2、圖3。

圖2

圖3

從圖3看出，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。

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4、圖5。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。

圖4

圖5

提高信號質量

信號在較高的轉換速率情況下，信號邊沿能量遇到阻抗不匹配時，會產生信號反射；傳輸線纜橫截面的幾何結構發(fā)生變化，線纜的特征阻抗會隨之變化，也會造成反射。

在總線線纜的末端，阻抗急劇變化導致信號邊沿能量反射，總線信號上會產生振鈴，若振鈴幅度過大，就會影響通信質量。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，避免振鈴的產生。

我們進行了一個模擬試驗，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電阻保證隱性轉換時間，末端不加負載。末端信號波形如圖6，信號上升沿出現(xiàn)了振鈴。

圖6

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，如圖7。

圖7

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。

為什么選120Ω

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，另一端接一個可調電阻，并通過示波器觀察電阻上的波形。調整電阻阻值的大小，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。

大部分汽車線纜都是單線的。如果你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。

審核編輯：湯梓紅