CAN总线要如何匹配终端电阻?

　　终端电阻的含义

　　终端电阻，是一种电子信息在传输过程中遇到的阻碍。高频信号传输时，信号波长相对传输线较短，信号在传输线终端会形成反射波，干扰原信号，所以需要在传输线末端加终端电阻，使信号到达传输线末端后不反射。对于低频信号则不用。在长线信号传输时，一般为了避免信号的反射和回波，也需要在接收端接入终端匹配电阻。

　　其终端匹配电阻值取决于电缆的阻抗特性，与电缆的长度无关。RS-485/RS-422 一般采用双绞线（屏蔽或非屏蔽）连接，终端电阻一般介于100至140Ω之间，典型值为120Ω。在实际配置时，在电缆的两个终端节点上，即最近端和最远端，各接入一个终端电阻，而处于中间部分的节点则不能接入终端电阻，否则将导致通讯出错。

　　CAN终端电阻的作用原理

　　CAN总线终端电阻的作用有两个：

　　一、提高抗干扰能力，确保总线快速进入隐性状态。

　　二、提高信号质量。

　　

　　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”，由CAN决定。图1是一个CAN收发器的典型内部结构图，CANH、CANL连接总线。

　　

　　图1

　　总线显性时，收发器内部Q1、Q2导通，CANH、CANL之间压差；隐性时，Q1、Q2截止，CANH、CANL处于无源状态，压差为0。

　　总线若无负载，隐性时电阻阻值很大，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）。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，以杜绝大部分能量的影响。然而，为了避免需要过大的总线才能进入显性，阻值也不能过小。

　　确保快速进入隐性状态

　　在显性状态期间，总线的寄生电容会被，而在恢复到隐性状态时，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。我们在收发器的CANH、CANL之间加入一个220PF的电容进行模拟试验，位速率为500kbit/s，波形如图2、图3。

　　

　　图2

　　

　　图3

　　从图3看出，显性恢复到隐性的时间长达1.44μS，在点较高的情况下勉强能够通信，若通信速率更高，或寄生电容更大，则很难保证通信正常。

　　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。增加一个60Ω的电阻后，波形如图4、图5。从图中看出，显性恢复到隐性的时间缩减到128nS，与显性建立时间相当。

　　

　　图4

　　

　　图5

　　提高信号质量

　　信号在较高的转换速率情况下，信号边沿能量遇到不匹配时，会产生信号反射；传输线缆横截面的几何结构发生变化，线缆的特征阻抗会随之变化，也会造成反射。

　　在总线线缆的末端，阻抗急剧变化导致信号边沿能量反射，总线信号上会产生，若振铃幅度过大，就会影响通信质量。在线缆末端增加一个与线缆特征阻抗一致的终端电阻，可以将这部分能量吸收，避免振铃的产生。

　　我们进行了一个模拟试验，位速率为1Mbit/s，收发器CANH、CANL接一根10m左右的双绞线，收发器端接120Ω电阻保证隐性转换时间，末端不加负载。末端信号波形如图6，信号上升沿出现了振铃。

　　

　　图6

　　若双绞线末端增加一个120Ω的电阻，末端信号波形明显改善，振铃消失，如图7。

　　

　　图7

　　一般在直线型中，线缆两端即是发送端，也是接收端，故线缆两端需各加一个终端电阻。

　　为什么选120Ω

　　任何一根线缆的特征阻抗都可以通过实验的方式得出。线缆的一端接，另一端接一个电阻，并通过观察电阻上的波形。调整电阻阻值的大小，直到电阻上的信号是一个良好的无振铃的方波，此时的电阻值可以认为与线缆的特征阻抗一致。

　　大部分线缆都是单线的。如果你采用两根汽车使用的典型线缆，将它们扭制成双绞线，就可根据上述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。

　　CAN总线要如何匹配终端电阻？

　　按照ISO 11898规范，为了增强CAN-bus 通讯的可靠性，CAN-bus 总线网络的两个端点通常要加入终端匹配电阻（120Ω）。终端匹配电阻的大小由传输电缆的特性阻抗所决定，例如，双绞线的特性阻抗为120Ω，则总线上的两个端点也应配上120Ω终端电阻。另外在长距离通信中，终端电阻的阻值有时需要增大，才能保证通信的正常。

　　下边是我用的一个“CAN转串口”设备手册中的一个CAN总线设备连接推荐拓扑图，其中展示了终端电阻的安装位置。

　　推荐阅读：

　　什么是can总线？can总线是数字信号还是模拟信号

　　can总线id如何定义设置？

　　怎么会为can总线节点分配地址