CAN总线节点数计算与外围电路参考设计

摘要

随着汽车内各个系统的控制都在向智能化和自动化转变，汽车电气系统变得越来越复杂，不同的汽车OEM和Tier-1厂商纷纷研究定义不同汽车总线标准，以减少线束网络复杂度和降低电子系统的故障，同时降低整车成本。其中CAN总线在汽车总线中应用最为广泛，采用合适的网络拓扑以及提升EMC性能对CAN收发器在环境复杂的汽车应用中有着重要意义。纳芯微推出了多款可以实现不同系统应用的CAN收发器。本篇应用笔记主要对网络中的节点数量计算以及收发器的外围电路设计选择进行介绍。

1. CAN总线节点数计算

一个CAN网络中，总线所能支持挂载的最大节点数是衡量CAN收发器性能的一个重要参数。影响CAN 总线节点数量的因素可以从CAN收发器的物理层和协议层两个方面去考虑。

首先物理层方面，总线节点的输出差分电压大小决定了CAN总线电平能否被正常识别，通讯能否正常进行，主要由总线负载电阻RL来决定，而RL取决千总线终端匹配电阻以及各节点总线差分输入电阻 Rdif,我们可以通过如下方式从物理层角度去估算—个 CAN网络的最大节点数。

图1.1 n个节点的CAN网络总线拓扑

上图为挂载n个CAN节点的总线网络拓扑示意图，其中RT为终端匹配电阻，Rdif为CAN收发器的总线差分输入电阻。可以通过电路等效的方法得到如下所示简易拓扑图：

图1.2 n个节点的CAN网络等效电路图

如上图所示，Node 1作为信号发送，Node n作为信号接收。从Node 1端看进去的线路等效电阻为：

将(1)式化简可得：

RT为终端匹配电阻，此处取120Ω；Rdif为差分输入电阻，这里取20kΩ；RL可支持的负载电阻范围为 45Ω~700Ω，当RL=45Ω时，n取最大值为112。所以在此参数条件下的CAN总线网络中，最多可支持挂载112个CAN节点。

从协议层方面来考虑，当总线节点数越多，总线越长，线路寄生越大，对于本地节点信号自发自收的工况下，总线寄生越大，有可能导致回环回来的信号衰减较多，CAN控制器的采样发生错误，导致通讯异常；而对于相距较远两个节点之间进行通信的工况下，中间节点越多，线路越长，导致信号传播延时较长，接收端在接收到发送端发出的CAN信号后会进行帧内应答(ACK)，传播延时较长可能导致应答不及时，通讯失败。所以在计算CAN总线最大挂载节点数时，应考虑线路寄生以及传播延时的影响，具体要求为由线路寄生较大引起的信号衰减不应使得CAN控制器的采样出现偏差，导致通讯异常；同时信号在传输路径上的传播延时应小于1/2的位时间，保证接收节点能够及时应答，不会导致通讯失败。

2. CAN总线外围电路设计参考

在汽车应用中，EMC问题是一个被广泛关注的问题，而与传统汽车相比，新能源汽车的EMC问题更加突出，因此对于汽车中大量使用的总线接口芯片的EMC性能要求也比较高。为了获得较好的EMC性能，除了芯片设计的考虑之外，系统中芯片外围电路的补充完善也是至关重要的。这一部分将着重介绍一下CAN芯片外围电路的一些参考设计(如图2.1所示)。

图2.1 CAN总线外围电路参考设计示意图

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