CAN總線為什么需要加終端電阻？如果不加會(huì)怎樣？

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(lái)說(shuō)都是120Ω，實(shí)際上在設(shè)計(jì)的時(shí)候，也是兩個(gè)60歐姆的電阻串起來(lái)，而總線上一般有兩個(gè)120Ω的節(jié)點(diǎn)。CAN總線為何要加終端電阻呢？

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終端電阻的作用：

（1）提高抗干擾能力，迅速過(guò)掉高頻低能量的信號(hào)。

（2）確?？偩€快速進(jìn)入隱性狀態(tài)，快速過(guò)掉寄生電容的能量。

（3）提高信號(hào)質(zhì)量，放置在總線的兩端，讓反射能量降低。

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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(gè)CAN收發(fā)器的典型內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，CANH、CANL連接總線。

總線為“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；為“隱性”時(shí)，Q1、Q2截止，CANH、CANL處于無(wú)源狀態(tài)，壓差為0。

總線負(fù)載時(shí)，“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)器顯性門限最小電壓僅500mV，壓差為500mV時(shí)，總線就判斷為“顯性”）?？偩€上有差模干擾時(shí)，總線上就會(huì)有明顯的波動(dòng)，而這些波動(dòng)沒(méi)有地方能夠吸收掉他們，就會(huì)在總線上創(chuàng)造一個(gè)顯性位出來(lái)。

所以為提升總線隱性時(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。

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確?？偩€盡快進(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，這個(gè)阻抗是比較大的，按照RC濾波電路的特性，放電時(shí)間就會(huì)明顯延長(zhǎng)。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。

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吸收反射的信號(hào)，提高信號(hào)質(zhì)量

信號(hào)反射

在電路中，信號(hào)反射是指信號(hào)在傳輸線或電路中遇到阻抗不匹配導(dǎo)致部分信號(hào)被反射回去的現(xiàn)象。這種反射會(huì)引起信號(hào)的失真和干擾，對(duì)電路的性能和可靠性產(chǎn)生負(fù)面影響。在阻抗突變的地方會(huì)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(gè)端接匹配；

（3）選擇布線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使分支的影響最小化；

（4）讓幾何結(jié)構(gòu)的任何突變都最小化。

阻抗匹配

所以在信號(hào)線上我們一般會(huì)加端接匹配電阻用來(lái)避免信號(hào)反射同時(shí)增強(qiáng)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(huì)發(fā)生什么？下面我們建立一個(gè)模型分析：

圖1 傳輸線模型

如圖1所示，信號(hào)源內(nèi)阻120Ω，源端接120Ω電阻，接收端開(kāi)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(shè)傳輸延遲1ns，信號(hào)源電壓幅值5V。

那么下面V1和V2隨時(shí)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(kāi)始，發(fā)射端給出一個(gè)5V的信號(hào)電壓，經(jīng)過(guò)1ns之后到達(dá)接收端，由于此時(shí)接收端處于全反射狀態(tài)因此與源端信號(hào)疊加在1ns時(shí)刻V2變成10V，反射信號(hào)由于全反射并沒(méi)有被消耗于是又經(jīng)過(guò)1ns返回發(fā)射端使V1在2ns時(shí)刻變成10V。以上是在理想情況下的反射情況，實(shí)際電路中并不存在全反射，因此實(shí)際的反射曲線會(huì)是一個(gè)幅值逐漸減小的振鈴形式的信號(hào)。例如圖3：

圖3 V2電壓

綜上所述，信號(hào)反射是電路中常見(jiàn)的問(wèn)題，會(huì)對(duì)信號(hào)質(zhì)量和電路性能產(chǎn)生不良影響。采取適當(dāng)?shù)淖杩蛊ヅ浜徒档头瓷涞姆椒梢詼p少信號(hào)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(jù)實(shí)際的線束特性進(jìn)行計(jì)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(jù)線纜的特征阻抗計(jì)算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。在ISO 11898-2標(biāo)準(zhǔn)里面也有定義。