can通讯终端电阻可以低于120欧吗

nieziwei 时间:2023-08-11

CAN总线终端电阻器的功能是什么?为什么是120Ω?为什么是0.25W?


CAN总线的端子电阻通常为120欧姆。事实上,在设计时,两个60欧姆的电阻器串联,总线上通常有两个120欧姆的节点。

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终端电阻器的作用

CAN总线端子电阻器具有三种功能:

1.提高抗干扰能力,快速消除高频低能量信号

2.确保总线快速进入隐藏状态,使寄生电容器的能量更快耗散;

3.将其放置在总线的两端以减少反射能量,从而提高信号质量。


一、 提高抗干扰能力

CAN总线有两种状态:“显式”和“隐式”,其中“显式的”表示“0”,“隐式的”代表“1”,由CAN收发器确定。下图是CAN收发器的典型内部结构图,CANH和CANL连接到总线。

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当总线明确时,收发器的内部Q1和Q2导通,CANH和CANL之间产生压差;隐含时,Q1和Q2被切断,CANH和CANL处于被动状态,压差为0。


如果总线被卸载,则隐含的差分电阻值为高,并且内部MOS晶体管属于高电阻状态。外部干扰只需要最小的能量就可以使总线进入显式状态(一般收发器的最小显式阈值电压仅为500mV)。在这一点上,如果存在差模干扰,总线上将出现显著的波动,而这些波动无处吸收,从而在总线上产生主导位。因此,为了提高总线隐藏时的抗干扰能力,可以增加一个差动负载电阻器,并且电阻值应尽可能小,以消除大多数噪声能量的影响。然而,为了避免过电流母线进入主导地位,电阻值不应太小。


二、 确保快速进入隐藏状态

在显式状态期间,总线的寄生电容将被充电,并且在返回到隐式状态时,这些电容器需要被放电。如果CANH和CANL之间没有电阻负载,电容器只能通过收发器内部的差分电阻放电。该阻抗相对较大,并且根据RC滤波电路的特性,放电时间将明显更长。我们在收发器的CANH和CANL之间添加了一个220PF电容器进行模拟测试,比特率为500kbit/s。波形如图所示,并且该波形的下降沿是相对较长的状态。

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为了快速释放总线的寄生电容,确保总线进入隐藏状态,有必要在CANH和CANL之间放置负载电阻器。添加60Ω电阻器后,波形如图所示。从图中可以看出,显式恢复到隐式的时间减少到128nS,相当于显式建立的时间。

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三、 提高信号质量

当信号边缘能量在高转换率下遇到阻抗失配时,将发生信号反射;传输电缆横截面的几何结构发生变化,导致电缆的特性阻抗发生变化,也会引起反射。

当能量被反射时,它会导致反射的波形与原始波形重叠,从而导致振铃。

在总线电缆的末端,阻抗的急剧变化会导致信号边缘的能量反射,从而导致总线信号上的振铃。如果振铃幅度过大,将影响通信质量。在电缆末端添加一个与电缆特性阻抗一致的终端电阻器,可以吸收这种能量并避免振铃。

还有人做了一个模拟实验(图片都是我复制的),比特率是1Mbit/s。收发器CANH和CANL连接到一对约10m的双绞线上,收发器连接到一个120Ω的电阻器上,以确保在没有任何负载的情况下进行隐式转换。结束信号的波形如图所示,并且在信号的上升沿出现振铃。

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如果在双绞线的末端增加120Ω的电阻,末端的信号波形会显著改善,振铃也会消失。

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在线性拓扑中,电缆的两端都是发送端和接收端,因此需要在电缆的每一端添加一个终端电阻器。


在实际应用中,CAN总线通常不是一种完美的总线设计,通常是总线和星形的混合结构。此时,CAN端子电阻器通常布置在线束的最远端,以尽可能模拟CAN总线的标准结构。


为什么选择120Ω?

什么是阻抗?在电学中,电路中电流的阻碍通常被称为阻抗。阻抗单位为欧姆,通常用Z表示,是复数Z=R+i(ωL-1/(ωC))。具体来说,阻抗可以分为电阻(实部)和电抗(虚部)两部分。电抗还包括容抗和感抗。电容引起的电流阻碍称为容抗,电感引起的电流妨碍称为感抗。这里的阻抗是指Z的模式。

任何电缆的特性阻抗都可以通过实验获得。电缆的一端连接到方波发生器(不一定是信号发生器,因为信号发生器的功率很低,阻抗通常设置为50Ω。可以使用门电路或MCU IO),另一端连接到可调电阻器,通过示波器观察电阻器上的波形。调整电阻值,直到电阻上的信号是一个没有振铃的良好方波,此时的电阻值可以认为与电缆的特性阻抗一致。

通过使用两条典型的汽车电缆并将其绞合成双绞线,可以根据上述方法获得特性阻抗,约为120Ω,这也是can标准中推荐的终端电阻值。因此,这120Ω是测量的,而不是计算的,而是根据实际线束特性计算的。当然,ISO 11898-2标准中也有一个定义

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为什么选择0.25W的功率?

这需要结合一些故障状态进行计算。汽车ECU的所有接口都需要考虑对电源短路和对地短路。因此,我们还需要考虑CAN总线上的节点对电源的短路。根据标准,我们需要考虑到18V的短路。假设CANH短路至18V,电流将通过终端电阻器流向CANL,由于CANL内部的限流原因,最大注入电流为50mA(如TJA1145规范书所示),此时120Ω电阻器的功率为50mA50mA120Ω=0.3W。考虑到高温条件下的降额,终端电阻器的功率为0.5W。