小電阻之大做用——CAN終端電阻

CAN總線終端電阻，顧名思義就是加在總線末端的電阻。此電阻雖小，但在CAN總線通訊中卻有十分重要的做用。

終端電阻的做用

CAN總線終端電阻的做用有兩個：

一、提升抗干擾能力，確保總線快速進入隱性狀態；

二、提升信號質量。

提升抗干擾能力

CAN總線有「顯性」和「隱性」兩種狀態，「顯性」表明「0」，「隱性」表明「1」，由CAN收發器決定。圖1是一個CAN收發器的典型內部結構圖，CANH、CANL鏈接總線。

圖1

總線顯性時，收發器內部Q一、Q2導通，CANH、CANL之間產生壓差；隱性時，Q一、Q2截止，CANH、CANL處於無源狀態，壓差爲0。

總線若無負載，隱性時差分電阻阻值很大，外部的干擾只須要極小的能量便可令總線進入顯性（通常的收發器顯性門限最小電壓僅500mV）。爲提高總線隱性時的抗干擾能力，能夠增長一個差分負載電阻，且阻值儘量小，以杜絕大部分噪聲能量的影響。然而，爲了不須要過大的電流總線才能進入顯性，阻值也不能太小。

確保快速進入隱性狀態

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，這些電容須要放電。若是CANH、CANL之間沒有放置任何阻性負載，電容只能經過收發器內部的差分電阻放電。咱們在收發器的CANH、CANL之間加入一個220PF的電容進行模擬試驗，位速率爲500kbit/s，波形如圖二、圖3。

圖2

圖3

從圖3看出，顯性恢復到隱性的時間長達1.44μS，在採樣點較高的狀況下勉強可以通訊，若通訊速率更高，或寄生電容更大，則很難保證通訊正常。

爲了讓總線寄生電容快速放電，確保總線快速進入隱性狀態，須要在CANH、CANL之間放置一個負載電阻。增長一個60Ω的電阻後，波形如圖四、圖5。從圖中看出，顯性恢復到隱性的時間縮減到128nS，與顯性創建時間至關。

圖4

圖5

提升信號質量

信號在較高的轉換速率狀況下，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，線纜的特徵阻抗會隨之變化，也會形成反射。

在總線線纜的末端，阻抗急劇變化致使信號邊沿能量反射，總線信號上會產生振鈴，若振鈴幅度過大，就會影響通訊質量。在線纜末端增長一個與線纜特徵阻抗一致的終端電阻，能夠將這部分能量吸取，避免振鈴的產生。

咱們進行了一個模擬試驗，位速率爲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6，信號上升沿出現了振鈴。

圖6

若雙絞線末端增長一個120Ω的電阻，末端信號波形明顯改善，振鈴消失，如圖7。

圖7

通常在直線型拓撲中，線纜兩端便是發送端，也是接收端，故線纜兩端需各加一個終端電阻。

爲何選120Ω

任何一根線纜的特徵阻抗均可以經過實驗的方式得出。線纜的一端接方波發生器，另外一端接一個可調電阻，並經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，此時的電阻值能夠認爲與線纜的特徵阻抗一致。

大部分汽車線纜都是單線的。若是你採用兩根汽車使用的典型線纜，將它們扭製成雙絞線，就可根據上述方法獲得特徵阻抗大約爲120Ω，這也是CAN標準推薦的終端電阻阻值。