終端電阻將如何拯救CAN、485總線？

各位工程師想必都知道終端電阻的作用是消除信號反射，但其實并不是所有情況都需要終端電阻，有時終端電阻反而會影響信號質(zhì)量。本篇文章為大家深度解析CAN/RS-485總線的終端電阻設(shè)置。

如果我們查詢百度百科，終端電阻的檔案似乎十分清白：

仿佛在通訊鏈路的首末兩端加上這樣一個法寶，即可避免信號的反射，使信號的傳播更為順暢。這樣說雖然沒有錯誤，但仍有些細(xì)枝末節(jié)沒能捋出頭緒。下面讓我們來看看CAN總線和485總線中終端電阻的情況如何？

一CAN總線

CAN總線中，終端電阻是必不可少的。它存在的意義主要包括兩點：

可以確保電平快速進(jìn)入隱性狀態(tài)；

提升信號質(zhì)量。

1、確保電平快速進(jìn)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(fù)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(fù)載，電容只能通過收發(fā)器內(nèi)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(jìn)行模擬試驗，位速率為500kbit/s，波形如下圖所示。

CAN總線 220pf無終端電阻

CAN總線 220pf增加終端電阻

2、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。

在總線線纜的末端，阻抗急劇變化導(dǎo)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，如下圖所示。

CAN總線無終端電阻

CAN總線增加終端電阻

二485總線

1、RS-485總線增加終端電阻好處

485總線設(shè)置終端電阻主要是為了用來抑制信號的反射。

提高信號質(zhì)量組建RS-485總線網(wǎng)絡(luò)時，通常使用特性阻抗為120Ω的屏蔽雙絞線，由于RS-485收發(fā)器輸入阻抗一般較高（例如RSM485ECHT輸入阻抗為96kΩ，最多可連接256個節(jié)點），在信號傳輸?shù)娇偩€末端時會由于受到的瞬時阻抗發(fā)生突變（以RSM485ECHT為例，阻抗由120Ω變?yōu)?6kΩ），導(dǎo)致信號發(fā)生反射，影響信號的質(zhì)量。RSM485ECHT在1200m，500kbps通信速率的情況下不加終端電阻和加終端電阻的波形如下圖所示，終端電阻明顯改善了信號的質(zhì)量。

RSM485ECHT 1200m 500kbps不加終端電阻

RSM485ECHT 1200m 500kbps 加終端電阻

2、RS-485增加終端電阻的問題

終端電阻雖然可以提高信號質(zhì)量，但還具有以下幾個問題：

降低了驅(qū)動信號的幅值

RS-485總線上的負(fù)載越大，RS-485收發(fā)器輸出差分電壓幅值越低，RSM485ECHT在5m，500kbps的情況下不加終端電阻和加終端電阻的波形如下圖所示。

RSM485ECHT 5m 500kbps 不加終端

RSM485ECHT 5m 500kbps 加終端

增大了通信線上的壓降

增加終端電阻使通信線纜上的電流增大，產(chǎn)生了較大的壓差，降低了接收端的信號幅值。RSM485ECHT在1200m,115.2kbps首端和末端的信號波形如下圖所示（0.75mm2通信線），末端信號與首端信號相比下降了0.7V左右。

RSM485ECHT 1200m 115.2kbps 加終端電阻 首端波形

RSM485ECHT 1200m 115.2kbps 加終端電阻 末端波形

增大了收發(fā)器的功耗

增加終端電阻對于接收狀態(tài)時的工作電流影響不大，但會大大增加驅(qū)動狀態(tài)時的工作電流。以RSM485ECHT為例，RSM485ECHT處于接收狀態(tài)時工作電流為20mA左右，在驅(qū)動狀態(tài)不加終端電阻時工作電流為27mA左右，在驅(qū)動狀態(tài)加終端電阻時工作電流為83mA左右，可以看出終端電阻大大增加了RS-485收發(fā)器的功耗，對于有功耗要求的應(yīng)用場合，應(yīng)謹(jǐn)慎使用終端電阻。

3、RS-485終端電阻設(shè)置

通信速度低或者通信距離近的情況下建議不加終端電阻

通信速度低或者通信距離近的情況下，信號反射對通信信號的影響不大，而且不加終端電阻可以大大降低功耗，并且通過加較大上下拉電阻值即可保證RS-485總線空閑時具有較高的差分電壓幅值，提高了通信的可靠性。

通信距離較長且通信速度較快，對信號質(zhì)量要求較高的情況

此時可以增加終端電阻，防止阻抗突變引起的信號反射問題，提高信號質(zhì)量，但應(yīng)確保在總線空閑時總線的差分電壓不處于門限電平范圍內(nèi)。

對功耗有要求且通信距離較長的情況

反射信號在總線上來回反彈，反射信號會逐漸消耗掉。

RSM485ECHT 1200m 9600bps 不加終端 首端波形

RSM485ECHT 1200m 9600bps 不加終端 末端波形

三 總結(jié)

對于CAN總線而言，為保證通訊的穩(wěn)定性，必須增設(shè)終端電阻；RS-485總線不一樣。終端電阻的設(shè)置需要根據(jù)情況而設(shè)置，在設(shè)計建議預(yù)留終端電阻位置或者使用ZLG隔離收發(fā)器系列產(chǎn)品，能有效解決總線干擾、通信異常等問題。與傳統(tǒng)的設(shè)計相比，其內(nèi)置完整的隔離DC-DC電路、信號隔離電路、總線收發(fā)電路以及防護(hù)電路，具備更高的集成度與可靠性，適用于需要高穩(wěn)定性通訊的場合，能夠有效幫助您提升總線通信防護(hù)等級。