解析CAN總線終端電阻的作用

CAN總線終端電阻，一般來說都是120歐姆，實際上在設計的時候，也是兩個60歐姆的電阻串起來，而總線上一般有兩個120Ω的節點，基本上稍微知道點CAN總線的人都知道這個道理。

但是作為學渣的我，知道這個是在各種標準以及各種數據手冊和應用筆記里面常用的電阻值，但是這兩個終端電阻的具體作用是什么呢?之前就知道阻抗匹配，但是究竟匹配的是什么呢?然后我就上知乎遨游了一下，半抄半寫的總結了下面的這些知識點。知道終端電阻的作用，對于日常工作中波形不穩定等問題，也能更快的找到問題的原因。

終端電阻的作用

CAN總線終端電阻的作用有3個：1、提高抗干擾能力，讓高頻低能量的信號迅速走掉2、確?？偩€快速進入隱性狀態，讓寄生電容的能量更快走掉;3、提高信號質量，放置在總線的兩端，讓反射能量降低。

一、提高抗干擾能力

CAN總線有“顯性”和“隱性”兩種狀態，“顯性”代表“0”，“隱性”代表“1”，由CAN收發器決定。下圖是一個CAN收發器的典型內部結構圖，CANH、CANL連接總線。

總線顯性時，收發器內部Q1、Q2導通，CANH、CANL之間產生壓差;隱性時，Q1、Q2截止，CANH、CANL處于無源狀態，壓差為0?？偩€若無負載，隱性時差分電阻阻值很大，內部的MOS管屬于高阻態，外部的干擾只需要極小的能量即可令總線進入顯性(一般的收發器顯性門限最小電壓僅500mV)。這個時候如果有差模干擾過來，總線上就會有明顯的波動，而這些波動沒有地方能夠吸收掉他們，就會在總線上創造一個顯性位出來。所以為提升總線隱性時的抗干擾能力，可以增加一個差分負載電阻，且阻值盡可能小，以杜絕大部分噪聲能量的影響。然而，為了避免需要過大的電流總線才能進入顯性，阻值也不能過小。

二、確?？焖龠M入隱性狀態

在顯性狀態期間，總線的寄生電容會被充電，而在恢復到隱性狀態時，這些電容需要放電。如果CANH、CANL之間沒有放置任何阻性負載，電容只能通過收發器內部的差分電阻放電，這個阻抗是比較大的，按照RC濾波電路的特性，放電時間就會明顯比較長。我們在收發器的CANH、CANL之間加入一個220PF的電容進行模擬試驗，位速率為500kbit/s，波形如圖，這個波形的下降沿就是比較長的狀態。

為了讓總線寄生電容快速放電，確?？偩€快速進入隱性狀態，需要在CANH、CANL之間放置一個負載電阻。增加一個60Ω的電阻后，波形如圖，從圖中看出，顯性恢復到隱性的時間縮減到128nS，與顯性建立時間相當。

三、提高信號質量信號

在較高的轉換速率情況下，信號邊沿能量遇到阻抗不匹配時，會產生信號反射;傳輸線纜橫截面的幾何結構發生變化，線纜的特征阻抗會隨之變化，也會造成反射。能量發生反射時，導致反射的波形與原來的波形進行疊加，就會產生振鈴。在總線線纜的末端，阻抗急劇變化導致信號邊沿能量反射，總線信號上會產生振鈴，若振鈴幅度過大，就會影響通信質量。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，避免振鈴的產生。別人進行了一個模擬試驗(圖片都是我抄過來的)，位速率為1Mbit/s，收發器CANH、CANL接一根10m左右的雙絞線，收發器端接120Ω電阻保證隱性轉換時間，末端不加負載。末端信號波形如圖所示，信號上升沿出現了振鈴。

若雙絞線末端增加一個120Ω的電阻，末端信號波形明顯改善，振鈴消失。

一般在直線型拓撲中，線纜兩端即是發送端，也是接收端，故線纜兩端需各加一個終端電阻。而在實際應用過程中，CAN總線一般都不是完美的總線式的設計，很多時候是總線型和星型的混合結構，這個時候一般都將CAN終端電阻布置在線束最遠的兩端，來盡量的模擬CAN總線的標準結構。為什么選120Ω?什么是阻抗?在電學中，常把對電路中電流所起的阻礙作用叫做阻抗。阻抗單位為歐姆，常用Z表示，是一個復數Z= R+i( ωL–1/(ωC))。具體說來阻抗可分為兩個部分，電阻(實部)和電抗(虛部)。其中電抗又包括容抗和感抗，由電容引起的電流阻礙稱為容抗，由電感引起的電流阻礙稱為感抗。這里的阻抗是指Z的模。任何一根線纜的特征阻抗都可以通過實驗的方式得出。線纜的一端接方波發生器，另一端接一個可調電阻，并通過示波器觀察電阻上的波形。調整電阻阻值的大小，直到電阻上的信號是一個良好的無振鈴的方波，此時的電阻值可以認為與線纜的特征阻抗一致。采用兩根汽車使用的典型線纜，將它們扭制成雙絞線，就可根據上述方法得到特征阻抗大約為120Ω，這也是CAN標準推薦的終端電阻阻值，所以這個120Ω是測出來的，不是算出來的，都是根據實際的線束特性進行計算得到的。當然在ISO 11898-2這個標準里面也是有定義的。

為什么功率還要選0.25W?這個就要結合一些故障狀態也計算，汽車ECU的所有接口都需要考慮短路到電源和短路到地的情況，所以我們也需要考慮CAN總線的節點短路到電源的情況，根據標準需要考慮短路到18V的情況，假設CANH短路到18V，電流會通過終端電阻流到CANL上，而CANL內部由于限流的原因，最大注入電流為50mA(TJA1145的規格書上標注)，這時候120Ω電阻的功率就是50mA*50mA*120Ω=0.3W?？紤]到高溫情況下的降額，終端電阻的功率就是0.5W。

原文標題：CAN總線終端電阻的作用?為什么是120Ω?為什么是0.25W?

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審核編輯：湯梓紅