為什么 CAN 收發(fā)器中的終端網(wǎng)絡(luò)如此重要？

在這篇文章中，我將構(gòu)建典型的 CAN 驅(qū)動器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并說明為什么端接對于與 CAN 的正確通信如此重要。

國際標(biāo)準(zhǔn)化組織 (ISO) 11898 CAN 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，CAN 網(wǎng)絡(luò)的物理線為特性阻抗為 120Ω 的單雙絞線電纜。此外，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定總線的兩端必須用等于電纜特性阻抗的電阻器端接。

正如我在上一篇文章中所展示的，典型的CAN 驅(qū)動器具有“開漏”輸出結(jié)構(gòu)，這意味著顯性邊沿是主動驅(qū)動的，而隱性邊沿不是。因此，正確終止總線非常重要，因為它可以確保隱性邊沿正確衰減，并及時用于下一位的采樣點。

端接可以有多種不同的形式，但圖 1 顯示了兩種最常見的總線端接技術(shù)：標(biāo)準(zhǔn)端接和分離端接。

圖1 ：常見的 CAN 端接技術(shù)

標(biāo)準(zhǔn)端接

標(biāo)準(zhǔn)端接由 CANH 和 CANL 之間的單電阻端接組成，如圖 1 左側(cè)所示。該技術(shù)需要在 CANH 和 CANL 之間放置一個匹配電纜差模特性阻抗(通常為 120Ω)的單個電阻每個終端的總線線路。

拆分終止

圖 1 右側(cè)所示的分離端接技術(shù)使用兩個電阻器，它們等于電纜特性阻抗的一半(通常每個 60Ω)，并在共模點和地之間放置一個電容器(通常在 1-100nF 之間) )。

盡管分離端接技術(shù)使用更多組件，但它提供了為網(wǎng)絡(luò)上的共模噪聲創(chuàng)建低通濾波器的額外好處，因此有助于改善電磁輻射。電阻器和電容器 (RC) 創(chuàng)建一個 RC 低通濾波器，其轉(zhuǎn)角頻率如公式 1 所示：

拆分終端要記住的一件事是使用匹配良好的電阻器很重要。電阻的任何變化都會將網(wǎng)絡(luò)上存在的共模噪聲轉(zhuǎn)換為差分噪聲，從而影響接收器的抗噪聲能力。

我聽到的關(guān)于這種端接技術(shù)的典型擔(dān)憂包括：“這會過濾我的 CAN 總線信號嗎?” 和“我是否需要將轉(zhuǎn)角頻率置于數(shù)據(jù)速率之上?” 這兩個問題的簡單答案是否定的。由于電容器不會在差分總線信號上施加直流 (DC) 負(fù)載——它只過濾交流 (AC) 信號和共模信號——而差分信號決定了總線狀態(tài)，所以你不需要需要將濾波器的拐角頻率設(shè)置在數(shù)據(jù)速率之上。

導(dǎo)致總線端接不當(dāng)?shù)囊粋€有時被忽視的問題是從網(wǎng)絡(luò)中卸載一個或多個具有集成端接的節(jié)點時。這會導(dǎo)致 CAN 總線半端接或可能未端接。圖 2、3 和 4 顯示了具有三種不同終端情況的 CAN 總線信號：

· 圖 2 是一個示例 CAN 收發(fā)器，兩端均使用標(biāo)準(zhǔn)端接正確端接。

· 圖 3 顯示了相同的 CAN 收發(fā)器，僅填充了兩個標(biāo)準(zhǔn)終端之一。

· 圖 4 顯示了缺少兩個標(biāo)準(zhǔn)終端的相同 CAN 收發(fā)器。

圖 2：具有兩個標(biāo)準(zhǔn)終端的 CAN 總線信號

圖 3：只有一個標(biāo)準(zhǔn)端接(和一個缺失)的 CAN 總線信號

圖 4：沒有終端的 CAN 總線信號(都缺失)

正如我們在比較圖 3 和圖 2 時看到的那樣，當(dāng)我們失去兩個終端之一時，隱性邊沿需要兩倍的時間來衰減(120ns 與 251ns)。這種延遲將隨著更大和更多容性負(fù)載的網(wǎng)絡(luò)而增加。對于圖 4 中所示的場景，即使在 18.0μs 之后，總線也不會衰減回隱性狀態(tài)!對于 RC 延遲太慢的情況，下一位的采樣點會在總線返回到低于 500mV 的差分電壓之前出現(xiàn)，因此會導(dǎo)致位錯誤。

此 RC 延遲將因網(wǎng)絡(luò)而異，并且取決于收發(fā)器在網(wǎng)絡(luò)上并聯(lián)放置的差分負(fù)載，以及由于布線、保護(hù)和濾波組件而產(chǎn)生的所有電容。因此，將端接放置在所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的外部或永遠(yuǎn)不會被卸載的節(jié)點上很重要，因為這將避免因總線端接不當(dāng)而可能出現(xiàn)的主要信號完整性問題。

在選擇終端電阻時，我們需要考慮的最后一件事是如何確定它們的大小。根據(jù)系統(tǒng)中可能發(fā)生的故障，需要對電阻器進(jìn)行額定以處理可能的故障電流。通常最壞的故障是電源線與 CANH 短路，CANL 在驅(qū)動主導(dǎo)信號時會產(chǎn)生大電流。對于 12V 電源和 120Ω 阻抗，電阻器可能有高達(dá) 100mA 的電流通過它。因此，使用額定功率足夠高的電阻器來處理可能的總線故障情況非常重要。

如我們所見，雖然 CAN 終止是一個相當(dāng)簡單的主題，但如果處理不當(dāng)，可能會導(dǎo)致通信問題。在本系列的下一部分中，我將討論拆分終端如何幫助改善電磁輻射，并展示 CAN 總線信號和傳導(dǎo)發(fā)射圖，使用和不使用拆分終端。