小電阻之大作用“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總線通信中卻有十分重要的作用。

　　終端電阻的作用

　　CAN總線終端電阻的作用有兩個：

　　一、提高抗干擾能力，確保總線快速進入隱性狀態。

　　二、提高信號質量。

　　提高抗干擾能力

　　CAN總線有“顯性”和“隱性”兩種狀態，“顯性”代表“0”，“隱性”代表“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連接總線。

　　圖1

　　總線顯性時，收發器內部Q1、Q2導通，CANH、CANL之間產生壓差;隱性時，Q1、Q2截止，CANH、CANL處于無源狀態，壓差為0。

　　總線若無負載，隱性時差分電阻阻值很大，外部的干擾只需要極小的能量即可令總線進入顯性(一般的收發器顯性門限最小電壓僅500mV)。為提升總線隱性時的抗干擾能力，可以增加一個差分負載電阻，且阻值盡可能小，以杜絕大部分噪聲能量的影響。然而，為了避免需要過大的電流總線才能進入顯性，阻值也不能過小。

　　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，這些電容需要放電。如果CANH、CANL之間沒有放置任何阻性負載，電容只能通過收發器內部的差分電阻放電。我們在收發器的CANH、CANL之間加入一個220PF的電容進行模擬試驗，位速率為500kbit/s，波形如圖2、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，在采樣點較高的情況下勉強能夠通信，若通信速率更高，或寄生電容更大，則很難保證通信正常。

　　為了讓總線寄生電容快速放電，確保總線快速進入隱性狀態，需要在CANH、CANL之間放置一個負載電阻。增加一個60Ω的電阻后，波形如圖4、圖5。從圖中看出，顯性恢復到隱性的時間縮減到128nS，與顯性建立時間相當。

　　圖4

　　圖5

　　提高信號質量

　　信號在較高的轉換速率情況下，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，線纜的特征阻抗會隨之變化，也會造成反射。

　　在總線線纜的末端，阻抗急劇變化導致信號邊沿能量反射，總線信號上會產生振鈴，若振鈴幅度過大，就會影響通信質量。在線纜末端增加一個與線纜特征阻抗一致的終端電阻，可以將這部分能量吸收，避免振鈴的產生。

　　我們進行了一個模擬試驗，位速率為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

　　若雙絞線末端增加一個120Ω的電阻，末端信號波形明顯改善，振鈴消失，如圖7。

　　圖7

　　一般在直線型拓撲中，線纜兩端即是發送端，也是接收端，故線纜兩端需各加一個終端電阻。

　　為什么選120Ω

　　任何一根線纜的特征阻抗都可以通過實驗的方式得出。線纜的一端接方波發生器，另一端接一個可調電阻，并通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，此時的電阻值可以認為與線纜的特征阻抗一致。

　　大部分汽車線纜都是單線的。如果你采用兩根汽車使用的典型線纜，將它們扭制成雙絞線，就可根據上述方法得到特征阻抗大約為120Ω，這也是CAN標準推薦的終端電阻阻值。