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(gè)：

　　1、提高抗干擾能力，確保總線快速進(jìn)入隱性狀態(tài)；

　　2、提高信號(hào)質(zhì)量。

　　提高抗干擾能力

　　CAN總線有“顯性”和“隱性”兩種狀態(tài)，“顯性”代表“0”，“隱性”代表“1”，由CAN收發(fā)器決定。圖1是一個(gè)CAN收發(fā)器的典型內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，CANH、CANL連接總線。

圖1

　　總線顯性時(shí)，收發(fā)器內(nèi)部Q1、Q2導(dǎo)通，CANH、CANL之間產(chǎn)生壓差；隱性時(shí)，Q1、Q2截止，CANH、CANL處于無源狀態(tài)，壓差為0。

　　總線若無負(fù)載，隱性時(shí)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(jìn)入顯性（一般的收發(fā)器顯性門限最小電壓僅500mV）。為提升總線隱性時(shí)的抗干擾能力，可以增加一個(gè)差分負(fù)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(jìn)入顯性，阻值也不能過小。

　　確保快速進(jìn)入隱性狀態(tài)

　　在顯性狀態(tài)期間，總線的寄生電容會(huì)被充電，而在恢復(fù)到隱性狀態(tài)時(shí)，這些電容需要放電。如果CANH、CANL之間沒有放置任何阻性負(fù)載，電容只能通過收發(fā)器內(nèi)部的差分電阻放電。我們?cè)谑瞻l(fā)器的CANH、CANL之間加入一個(gè)220PF的電容進(jìn)行模擬試驗(yàn)，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(fù)到隱性的時(shí)間長(zhǎng)達(dá)1.44μS，在采樣點(diǎn)較高的情況下勉強(qiáng)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(jìn)入隱性狀態(tài)，需要在CANH、CANL之間放置一個(gè)負(fù)載電阻。增加一個(gè)60Ω的電阻后，波形如圖4、圖5。從圖中看出，顯性恢復(fù)到隱性的時(shí)間縮減到128nS，與顯性建立時(shí)間相當(dāng)。

圖4

圖5

　　提高信號(hào)質(zhì)量

　　信號(hào)在較高的轉(zhuǎn)換速率情況下，信號(hào)邊沿能量遇到阻抗不匹配時(shí)，會(huì)產(chǎn)生信號(hào)反射；傳輸線纜橫截面的幾何結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，線纜的特征阻抗會(huì)隨之變化，也會(huì)造成反射。

　　在總線線纜的末端，阻抗急劇變化導(dǎo)致信號(hào)邊沿能量反射，總線信號(hào)上會(huì)產(chǎn)生振鈴，若振鈴幅度過大，就會(huì)影響通信質(zhì)量。在線纜末端增加一個(gè)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(chǎn)生。

　　我們進(jìn)行了一個(gè)模擬試驗(yàn)，位速率為1Mbit/s，收發(fā)器CANH、CANL接一根10m左右的雙絞線，收發(fā)器端接120Ω電阻保證隱性轉(zhuǎn)換時(shí)間，末端不加負(fù)載。末端信號(hào)波形如圖6，信號(hào)上升沿出現(xiàn)了振鈴。

圖6

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

圖7

　　一般在直線型拓?fù)渲校€纜兩端即是發(fā)送端，也是接收端，故線纜兩端需各加一個(gè)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(shí)驗(yàn)的方式得出。線纜的一端接方波發(fā)生器，另一端接一個(gè)可調(diào)電阻，并通過示波器觀察電阻上的波形。調(diào)整電阻阻值的大小，直到電阻上的信號(hào)是一個(gè)良好的無振鈴的方波，此時(shí)的電阻值可以認(rèn)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(jù)上述方法得到特征阻抗大約為120Ω，這也是CAN標(biāo)準(zhǔn)推薦的終端電阻阻值。