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小電阻之大作用——CAN終端電阻

貞光科技 ? 2023-05-18 10:11 ? 次閱讀

貞光科技從車(chē)規(guī)微處理器MCU、功率器件、電源管理芯片、信號(hào)處理芯片、存儲(chǔ)芯片、二、三極管、光耦、晶振、阻容感等汽車(chē)電子元器件為客戶提供全產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)解決方案。

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(gè):

1、提高抗干擾能力,確??偩€快速進(jìn)入隱性狀態(tài);

2、提高信號(hào)質(zhì)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(gè)CAN收發(fā)器的典型內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖,CANH、CANL連接總線。

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圖1

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(wú)源狀態(tài),壓差為0。

總線若無(wú)負(fù)載,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(mén)限最小電壓僅500mV)。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(guò)大的電流總線才能進(jìn)入顯性,阻值也不能過(guò)小。

確??焖龠M(jìn)入隱性狀態(tài)

在顯性狀態(tài)期間,總線的寄生電容會(huì)被充電,而在恢復(fù)到隱性狀態(tài)時(shí),這些電容需要放電。如果CANH、CANL之間沒(méi)有放置任何阻性負(fù)載,電容只能通過(guò)收發(fā)器內(nèi)部的差分電阻放電。我們?cè)谑瞻l(fā)器的CANH、CANL之間加入一個(gè)220PF的電容進(jìn)行模擬試驗(yàn),位速率為500kbit/s,波形如圖2、圖3。

圖2

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圖3

從圖3看出,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。

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(gè)負(fù)載電阻。增加一個(gè)60Ω的電阻后,波形如圖4、圖5。從圖中看出,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)。

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圖4

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圖5

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)邊沿能量遇到阻抗不匹配時(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。

在總線線纜的末端,阻抗急劇變化導(dǎo)致信號(hào)邊沿能量反射,總線信號(hào)上會(huì)產(chǎn)生振鈴,若振鈴幅度過(guò)大,就會(huì)影響通信質(zhì)量。在線纜末端增加一個(gè)與線纜特征阻抗一致的終端電阻,可以將這部分能量吸收,避免振鈴的產(chǎn)生。

我們進(jìn)行了一個(gè)模擬試驗(yàn),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(shí)間,末端不加負(fù)載。末端信號(hào)波形如圖6,信號(hào)上升沿出現(xiàn)了振鈴。

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圖6

若雙絞線末端增加一個(gè)120Ω的電阻,末端信號(hào)波形明顯改善,振鈴消失,如圖7。

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圖7

一般在直線型拓?fù)渲?,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(gè)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(guò)實(shí)驗(yàn)的方式得出。線纜的一端接方波發(fā)生器,另一端接一個(gè)可調(diào)電阻,并通過(guò)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(hào)是一個(gè)良好的無(wú)振鈴的方波,此時(shí)的電阻值可以認(rèn)為與線纜的特征阻抗一致。

大部分汽車(chē)線纜都是單線的。如果你采用兩根汽車(chē)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(biāo)準(zhǔn)推薦的終端電阻阻值。

*免責(zé)聲明:本文由作者原創(chuàng)。文章內(nèi)容系作者個(gè)人觀點(diǎn),貞光科技二次整理,不代表貞光科技對(duì)該觀點(diǎn)贊同或支持,僅為行業(yè)交流學(xué)習(xí)之用,如有異議,歡迎探討。

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