为什么 CAN 收发器中的终端网络如此重要？

在这篇文章中，我将构建典型的 CAN 驱动器拓扑结构，并说明为什么端接对于与 CAN 的正确通信如此重要。

国际标准化组织 (ISO) 11898 CAN 标准规定，CAN 网络的物理线为特性阻抗为 120Ω 的单双绞线电缆。此外，标准规定总线的两端必须用等于电缆特性阻抗的电阻器端接。

正如我在上一篇文章中所展示的，典型的CAN 驱动器具有“开漏”输出结构，这意味着显性边沿是主动驱动的，而隐性边沿不是。因此，正确终止总线非常重要，因为它可以确保隐性边沿正确衰减，并及时用于下一位的采样点。

端接可以有多种不同的形式，但图 1 显示了两种最常见的总线端接技术：标准端接和分离端接。

图1 ：常见的 CAN 端接技术

标准端接

标准端接由 CANH 和 CANL 之间的单电阻端接组成，如图 1 左侧所示。该技术需要在 CANH 和 CANL 之间放置一个匹配电缆差模特性阻抗(通常为 120Ω)的单个电阻每个终端的总线线路。

拆分终止

图 1 右侧所示的分离端接技术使用两个电阻器，它们等于电缆特性阻抗的一半(通常每个 60Ω)，并在共模点和地之间放置一个电容器(通常在 1-100nF 之间) )。

尽管分离端接技术使用更多组件，但它提供了为网络上的共模噪声创建低通滤波器的额外好处，因此有助于改善电磁辐射。电阻器和电容器 (RC) 创建一个 RC 低通滤波器，其转角频率如公式 1 所示：

拆分终端要记住的一件事是使用匹配良好的电阻器很重要。电阻的任何变化都会将网络上存在的共模噪声转换为差分噪声，从而影响接收器的抗噪声能力。

我听到的关于这种端接技术的典型担忧包括：“这会过滤我的 CAN 总线信号吗?” 和“我是否需要将转角频率置于数据速率之上?” 这两个问题的简单答案是否定的。由于电容器不会在差分总线信号上施加直流 (DC) 负载——它只过滤交流 (AC) 信号和共模信号——而差分信号决定了总线状态，所以你不需要需要将滤波器的拐角频率设置在数据速率之上。

导致总线端接不当的一个有时被忽视的问题是从网络中卸载一个或多个具有集成端接的节点时。这会导致 CAN 总线半端接或可能未端接。图 2、3 和 4 显示了具有三种不同终端情况的 CAN 总线信号：

· 图 2 是一个示例 CAN 收发器，两端均使用标准端接正确端接。
· 图 3 显示了相同的 CAN 收发器，仅填充了两个标准终端之一。
· 图 4 显示了缺少两个标准终端的相同 CAN 收发器。

图 2：具有两个标准终端的 CAN 总线信号


图 3：只有一个标准端接(和一个缺失)的 CAN 总线信号


图 4：没有终端的 CAN 总线信号(都缺失)

正如我们在比较图 3 和图 2 时看到的那样，当我们失去两个终端之一时，隐性边沿需要两倍的时间来衰减(120ns 与 251ns)。这种延迟将随着更大和更多容性负载的网络而增加。对于图 4 中所示的场景，即使在 18.0µs 之后，总线也不会衰减回隐性状态!对于 RC 延迟太慢的情况，下一位的采样点会在总线返回到低于 500mV 的差分电压之前出现，因此会导致位错误。

此 RC 延迟将因网络而异，并且取决于收发器在网络上并联放置的差分负载，以及由于布线、保护和滤波组件而产生的所有电容。因此，将端接放置在所有网络节点的外部或永远不会被卸载的节点上很重要，因为这将避免因总线端接不当而可能出现的主要信号完整性问题。

在选择终端电阻时，我们需要考虑的最后一件事是如何确定它们的大小。根据系统中可能发生的故障，需要对电阻器进行额定以处理可能的故障电流。通常最坏的故障是电源线与 CANH 短路，CANL 在驱动主导信号时会产生大电流。对于 12V 电源和 120Ω 阻抗，电阻器可能有高达 100mA 的电流通过它。因此，使用额定功率足够高的电阻器来处理可能的总线故障情况非常重要。

如我们所见，虽然 CAN 终止是一个相当简单的主题，但如果处理不当，可能会导致通信问题。在本系列的下一部分中，我将讨论拆分终端如何帮助改善电磁辐射，并展示 CAN 总线信号和传导发射图，使用和不使用拆分终端。