CAN總線應用中雙絞線簡介

CAN（Controller Area Network）是一種用于實時應用的串行通訊協議總線，它可以使用雙絞線來傳輸信號，是世界上應用最廣泛的現場總線之一。CAN協議用于汽車中各種不同元件之間的通信，以此取代昂貴而笨重的配電線束。

在CAN總線應用中，一般建議使用屏蔽雙絞線進行組網、布線，本文將詳細講解為什么CAN總線要采取雙絞線的布局。

一.雙絞線簡介

雙絞線是指兩條相互絕緣的導線按照一定的規格互相纏繞在一起而制成的一種通用配線。雙絞線的主要作用是防止外界電磁干擾，降低自身信號的對外干擾。（即，既可以防止別人干擾自己，也可以降低自身對別人的干擾。）

將一對相互絕緣的金屬導線絞合在一起，不僅可以抵御一部分來自外界的電磁波干擾，也可以降低多對絞線之間的相互干擾，其原理是：把兩根絕緣的導線互相絞在一起，干擾信號作用在這兩根相互絞纏在一起的導線上是一致的（這個干擾信號叫做共模信號），在接收信號的差分電路中可以將共模信號消除，從而提取出有用信號（差模信號）。

雙絞線的作用是使外部干擾在兩根導線上產生的噪聲（在專業領域里，把無用的信號叫做噪聲）相同，以便后續的差分電路提取出有用信號，差分電路是一個減法電路，兩個輸入端同相的信號（共模信號）相互抵消（m-n），反相的信號相當于x-（-y），得到增強。理論上，在雙絞線及差分電路中m=n，x=y，相當于干擾信號被完全消除，有用信號加倍，但在實際運行中是有一定差異的。

在一個電纜套管里的，不同線對具有不同的扭絞長度，一般地說，扭絞長度在38.1mm～140mm內，按逆時針方向扭絞，相臨線對的扭絞長度在12.7mm以內。雙絞線一個扭絞周期的長度，叫做節距，節距越?。ㄅぞ€越密），抗干擾能力越強。

二.常見雙絞線及優點

雙絞線常見的有3類線，5類線和超5類線，以及最新的6類線，前者線徑細而后者線徑粗，型號如下：

1）一類線：主要用于語音傳輸（一類標準主要用于八十年代初之前的電話線纜），不同于數據傳輸。

2）二類線：傳輸頻率為1MHZ，用于語音傳輸和最高傳輸速率4Mbps的數據傳輸，常見于使用4MBPS規范令牌傳遞協議的舊的令牌網。

3）三類線：指目前在ANSI和EIA/TIA568標準中指定的電纜，該電纜的傳輸頻率16MHz，用于語音傳輸及最高傳輸速率為10Mbps的數據傳輸主要用于10BASE-T。

4）四類線：該類電纜的傳輸頻率為20MHz，用于語音傳輸和最高傳輸速率16Mbps的數據傳輸主要用于基于令牌的局域網和10BASE-T/100BASE-T。

5）五類線：該類電纜增加了繞線密度，外套一種高質量的絕緣材料，傳輸率為100MHz，用于語音傳輸和最高傳輸速率為10Mbps的數據傳輸，主要用于100BASE-T和10BASE-T網絡。這是最常用的以太網電纜。

6）超五類線：超5類具有衰減小，串擾少，并且具有更高的衰減與串擾的比值（ACR）和信噪比（Structural ReturnLoss）、更小的時延誤差，性能得到很大提高。超5類線主要用于千兆位以太網（1000Mbps）。

7）六類線：該類電纜的傳輸頻率為1MHz～250MHz，六類布線系統在200MHz時綜合衰減串擾比（PS-ACR）應該有較大的余量，它提供2倍于超五類的帶寬。六類布線的傳輸性能遠遠高于超五類標準，最適用于傳輸速率高于1Gbps的應用。六類與超五類的一個重要的不同點在于：改善了在串擾以及回波損耗方面的性能，對于新一代全雙工的高速網絡應用而言，優良的回波損耗性能是極重要的。六類標準中取消了基本鏈路模型，布線標準采用星形的拓撲結構，要求的布線距離為：永久鏈路的長度不能超過90m，信道長度不能超過100m。

目前，雙絞線可分為非屏蔽雙絞線（UTP=UNSHILDED TWISTED PAIR）和屏蔽雙絞線（STP=SHIELDED TWISTEDPAIR）。屏蔽雙絞線電纜的外層由鋁鉑包裹，以減小輻射，但并不能完全消除輻射，屏蔽雙絞線價格相對較高，安裝時要比非屏蔽雙絞線電纜困難。

三.CAN與雙絞線的結合

控制器局域網總線（CAN，Controller Area Network）是一種用于實時應用的串行通訊協議總線，是世界上應用最廣泛的現場總線之一。CAN協議用于汽車中各種不同元件之間的通信，以此取代昂貴而笨重的配電線束，CAN總線本身有強大的抗干擾和糾錯重發機制。

當CAN被應用于新能源汽車上時，意味著它要在電磁嚴重的環境下工作，所以如何抗干擾是工程師最為關心的話題。

當CAN總線運用雙絞線的時候就可以很好的解決這些干擾問題，CAN接口采用的是差分信號傳輸方式。差分信號傳輸是一種使用兩個互補電信號進行信息傳遞的方法。以高速CAN為例，不同的邏輯狀態通過CANH、CANL兩根信號線進行傳輸，接收電路只對兩根信號線的信號差值進行識別。理想狀態下，CAN總線的波形如下圖所示：

干擾信號一般以共模的形式存在，當總線受到干擾時，兩根總線會同時受影響，但其差分電壓并不會受影響，如圖2所示。相對于單端信號傳輸方式來說，差分信號傳輸方式具有更好的抗干擾能力。

當然，采用了差分傳輸方式也并不可以高枕無憂。CAN總線經常用于遠距離通信，線纜長度的增加，各種干擾通過線纜耦合到總線上，極大地增加了外界對總線通信干擾的概率，如果線纜選用及使用不當，極有可能造成通信異常。對于CAN總線應用，一般我們會推薦使用雙絞線。

四.特殊的“雙絞線”CAN

除了一種雙線CAN外，還有一種單線CAN（Single Wire CAN），單線CAN可以減少一根傳輸線，但是要求節點間有良好的共地特性（相當于第二根信號線）。單線CAN的信號抗干擾能力相對較弱，在設計中需要提高信號幅度以增加信噪比，如此又會讓它自身的輻射能力增加，因此必須降低其信號傳輸速率以達到電磁兼容的要求。綜上，單線CAN僅適合應用在低速的車身電子單元、舒適及娛樂控制領域。低速CAN總線由于信號速度不高，在一根信號線失靈的情況下，仍可工作于單線模式。

審核編輯：湯梓紅