CAN網(wǎng)絡(luò)-其特性阻抗及終端阻抗

CAN網(wǎng)絡(luò)阻抗

問題的開始是由CAN網(wǎng)絡(luò)開始的，如下圖是一個(gè)CAN的網(wǎng)絡(luò)的基本模型，兩端是120歐姆的電阻，
can網(wǎng)絡(luò)用的線材的特性阻抗是也是120歐姆的，下面有幾個(gè)問題分別拆分來說明。

1.為什么要用120歐姆的終端阻抗？
首先CAN網(wǎng)絡(luò)里用到傳輸線，線材的特性阻抗為120歐姆。關(guān)于這跟線下面的問題來討論，另外要說明的是在CAN網(wǎng)絡(luò)里的設(shè)備，即CAN收發(fā)器，這種器件的輸出阻抗很低，輸入阻抗是比較高的，可以見TJA1050的框圖，也就是說在傳輸線上120歐姆的特性阻抗傳輸?shù)男盘?hào)突然到了一個(gè)阻抗很高的地方，可以理解為斷路，這樣會(huì)產(chǎn)生很高的信號(hào)反射，影響CAN收發(fā)器對電平的采樣，造成信息的誤讀。如果在CANH和CANL之間加上一個(gè)120歐姆的電阻即終端電阻，因?yàn)檫@個(gè)電阻和線纜特性阻抗相同，同時(shí)這個(gè)遠(yuǎn)小于CAN收發(fā)器輸出阻抗的電阻和CAN收發(fā)器并聯(lián)在一起，電流自然更多的從阻抗小的地方流過，這樣從特征阻抗120歐姆的線纜上流道120歐姆的電阻上，他們之間阻抗接近，他們的信號(hào)反射就要小很多，可以有效的保證信號(hào)完整性。同時(shí)這個(gè)電阻也不會(huì)影響信號(hào)本身如下圖，例如在一個(gè)容錯(cuò)CAN網(wǎng)絡(luò)里，CANH=3.5v，CANL=0.5v的時(shí)候?yàn)轱@性，CANH=CANL=2.5v的時(shí)候?yàn)殡[形，在顯性位的時(shí)候終端電阻兩端分別為3.5v和1.5v，一個(gè)CAN收發(fā)器為輸出端一個(gè)CAN收發(fā)器為接收端，輸出端在輸出電壓，保持CANH和CANL的電壓為3.5v和1.5v不變，他們之間的電壓差將產(chǎn)生電流由終端電阻消耗掉，接受端的CANH和CANL可以準(zhǔn)確的采樣到3.5v和1.5v的電壓值，同理在隱形位的時(shí)候終端電阻也是不影響CAN網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)但是達(dá)到了阻抗匹配的作用。

2.CAN網(wǎng)絡(luò)使用的120歐姆特性阻抗的線材，對線材的特性阻抗如何定義？
特性阻抗是對一種材質(zhì)我們這里說的是線材，由于本身的粗細(xì)，大小等因素決定的特定的特征。一根導(dǎo)線或者同軸電纜它的特性阻抗是不隨著長度以及傳輸信號(hào)的頻率變化而變化（頻率不同會(huì)有一定的不同，但是非常小，理論上認(rèn)為不隨頻率變化），同時(shí)特性阻抗也是有其體現(xiàn)條件的，在直流狀態(tài)下，如用萬用表測量一節(jié)導(dǎo)線的阻抗，得到的結(jié)果應(yīng)該是Z=0歐姆。但是這跟導(dǎo)線的標(biāo)示的特性阻抗卻是50歐姆。所謂的50歐姆的特性阻抗，它的50歐姆阻抗體現(xiàn)在高頻信號(hào)傳輸過程中。由以下公式體現(xiàn)，見下圖：

其中
R=該導(dǎo)體材質(zhì)（在直流情況下）一個(gè)單位長度的電阻率，歐姆
G=單位長度的旁路電導(dǎo)系數(shù)（絕緣層的導(dǎo)電系數(shù)），歐姆
j=只是個(gè)符號(hào)，指明本項(xiàng)有一個(gè)+90'的相位角（虛數(shù)）
π=3.1416
L=單位長度電纜的電感量
c=單位長度電纜的電容量
在直流的條件下，公式中的R和G可以忽略不計(jì)，公式可以簡化為求L/C的方根，如果這個(gè)導(dǎo)線很短,L應(yīng)該是很趨近與0的，故最終得到的值也是0，如果這個(gè)線很長，則L就不能忽視了，用萬用表測量也可以看到有一定的阻值。
在高頻的信號(hào)傳輸?shù)倪^程中，R和G就不能忽視了，而且在交流信號(hào)的上升過程和下降過程，在導(dǎo)線的電感和電容作用下導(dǎo)線的阻抗就體現(xiàn)出來了，具體是如何計(jì)算的，我也沒有搞懂，有篇論文給出了計(jì)算方法，有興趣可以看下。