CAN总线为什么需要加终端电阻？如果不加会怎样？

终端电阻是CAN总线通信的重要配置，它是影响CAN总线通信的重要组件。CAN总线终端电阻一般来说都是120Ω，实际上在设计的时候，也是两个60欧姆的电阻串起来，而总线上一般有两个120Ω的节点。CAN总线为何要加终端电阻呢？

点击阅读《什么是CAN总线？》

 

终端电阻的作用：

（1）提高抗干扰能力，迅速过掉高频低能量的信号。

（2）确保总线快速进入隐性状态，快速过掉寄生电容的能量。

（3）提高信号质量，放置在总线的两端，让反射能量降低。

 

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提高抗干扰能力

CAN总线有“显性”和“隐性”两种状态，“显性”代表“0”，“隐性”代表“1”，这是由CAN收发器决定的。下图是一个CAN收发器的典型内部结构图，CANH、CANL连接总线。

总线为“显性”时，收发器内部Q1、Q2导通，CANH、CANL之间产生压差；为“隐性”时，Q1、Q2截止，CANH、CANL处于无源状态，压差为0。
 

 

总线负载时，“隐性”时差分电阻阻值很大，外部的干扰只需要极小的能量即可令总线进入“显性”（一般的收发器显性门限最小电压仅500mV，压差为500mV时，总线就判断为“显性”）。总线上有差模干扰时，总线上就会有明显的波动，而这些波动没有地方能够吸收掉他们，就会在总线上创造一个显性位出来。

 

所以为提升总线隐性时的抗干扰能力，可以增加一个差分负载电阻，且阻值尽可能小，以杜绝大部分噪声能量的影响。然而，为了避免需要过大的电流总线才能进入“显性”，阻值也不能过小。

 

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确保总线尽快进入隐性状态

在显性状态期间，总线的寄生电容会被充电，而恢复到隐性状态时，这些电容需要放电。如果CANH、CANL之间没有放置任何阻性负载，电容只能通过收发器内部的差分电阻放电，这个阻抗是比较大的，按照RC滤波电路的特性，放电时间就会明显延长。为了让总线寄生电容快速放电，确保总线快速进入隐性状态，需要在CANH、CANL之间放置一个负载电阻。

 

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吸收反射的信号，提高信号质量

信号反射

在电路中，信号反射是指信号在传输线或电路中遇到阻抗不匹配导致部分信号被反射回去的现象。这种反射会引起信号的失真和干扰，对电路的性能和可靠性产生负面影响。在阻抗突变的地方会发生反射，这意味着我们为了避免这种情况的发生能有以下措施：

（1）使用可控阻抗互联；

（2）传输线两端至少有一个端接匹配；

（3）选择布线拓扑结构，使分支的影响最小化；

（4）让几何结构的任何突变都最小化。

 

阻抗匹配

所以在信号线上我们一般会加端接匹配电阻用来避免信号反射同时增强抗干扰能力，CAN总线也不例外。在CAN总线上我们常常端接120欧姆电阻用以阻抗匹配。

 

如果阻抗不匹配会发生什么？下面我们建立一个模型分析：

图1 传输线模型
 

 

如图1所示，信号源内阻120Ω，源端接120Ω电阻，接收端开路因此反射系数为1。探针1为源端电压V1，探针2为接收端电压V2。我们假设传输延迟1ns，信号源电压幅值5V。

 

那么下面V1和V2随时间变化的理想曲线如图2：

图2 反射电压
 

 

可以看到，从第0秒开始，发射端给出一个5V的信号电压，经过1ns之后到达接收端，由于此时接收端处于全反射状态因此与源端信号叠加在1ns时刻V2变成10V，反射信号由于全反射并没有被消耗于是又经过1ns返回发射端使V1在2ns时刻变成10V。以上是在理想情况下的反射情况，实际电路中并不存在全反射，因此实际的反射曲线会是一个幅值逐渐减小的振铃形式的信号。例如图3：

图3 V2电压
 

 

综上所述，信号反射是电路中常见的问题，会对信号质量和电路性能产生不良影响。采取适当的阻抗匹配和降低反射的方法可以减少信号反射并提高电路的稳定性和可靠性。

 

至于为什么采用120Ω电阻？这是根据实际的线束特性进行计算得到的。采用两根汽车使用的典型线缆，将它们扭制成双绞线，根据线缆的特征阻抗计算方法得到特征阻抗大约为120Ω，这也是CAN标准推荐的终端电阻阻值。在ISO 11898-2标准里面也有定义。