CAN 總線(xiàn)計時(shí)權衡因素：信號速率與線(xiàn)纜長(cháng)度的關(guān)系

注意，只通過(guò)等到兩倍單向延遲（或者相當于總雙向傳輸時(shí)間）節點(diǎn)A才能判別這種情況，其中節點(diǎn) A 和 B 的消息具有相同的優(yōu)先級（情況 3），以及節點(diǎn) B 的消息擁有更高的優(yōu)先級。由于 CAN 協(xié)議固有的逐位仲裁機制，這種雙向延遲必須較好地位于一個(gè)位時(shí)間預算范圍內，也即 1000ns。否則，在第二個(gè)位仲裁完成以前，節點(diǎn) A 就可能開(kāi)始傳送其第三個(gè)位。

信號傳輸速率及線(xiàn)纜長(cháng)度限制
我們知道雙向延遲至關(guān)重要，CAN 定義可編程傳輸延遲 (PROP_SEG) 為每個(gè)位的組成部分，以保證每個(gè)節點(diǎn)在對總線(xiàn)數據采樣以前都確實(shí)等待足夠長(cháng)的時(shí)間。PROP_SEG 的計算涉及雙向延遲和本地系統時(shí)鐘頻率相關(guān)知識，其超出了本文的討論范圍。實(shí)際上，PROP_SEG 將采樣點(diǎn)規定在約總位時(shí)間的 5/6 或者更低以照顧其他段，這樣雙向延遲便被規定為位時(shí)間的一小段。

CAN 標準規定，線(xiàn)纜為 5ns 每米傳輸延遲，1Mbps 信號速率時(shí)最大線(xiàn)纜長(cháng)度為 40 米。位時(shí)間為 1000ns 時(shí)，最遲采樣點(diǎn)（由PROP_SEG設定）約為 850ns。線(xiàn)纜本身具有 200ns 的單向延遲（即 400ns 雙向延遲），從而使收發(fā)器和相關(guān)電路的總延遲只剩約 450ns。

CAN 收發(fā)器的制造商通常規定“環(huán)路延遲”，其包括驅動(dòng)器和接收機延遲。由于雙向計算中涉及兩個(gè)收發(fā)器，因此每個(gè)收發(fā)器都應有 225ns 或者更低的環(huán)路延遲，以支持 1Mbps 信號速率下 40 米的總線(xiàn)長(cháng)度。如果收發(fā)器電路包括更多的組件，例如：隔離、電壓電平轉換或保護組件，則這些組件產(chǎn)生的延遲必須也包括在總延遲預算中。甚至，高速光耦合器一般具有 40ns 或更長(cháng)的單向延遲，而全部雙向信號都必須通過(guò)四個(gè)光耦合器。這就極大地縮短了使用光隔離 CAN 系統的容許線(xiàn)纜長(cháng)度（即增加了位時(shí)間）。1Mbps 條件下，即使快速光耦合器的延遲也會(huì )縮短容許線(xiàn)纜長(cháng)度，計算方法如方程式 1：

下面顯示了信號速率和線(xiàn)纜長(cháng)度之間的權衡因素，以及收發(fā)器延遲帶來(lái)的影響。收發(fā)器帶來(lái)的延遲（包括相關(guān)隔離、電平轉換和保護）對于 500 kbps 及以上的信號速率特別明顯。

圖 4 收發(fā)器延遲影響信號速率和線(xiàn)纜長(cháng)度的權衡（點(diǎn)擊圖片放大）
在單個(gè)封裝（ISO1050）中的高速 CAN 收發(fā)器集成 SiO2 隔離現已上市。利用低于 210ns 的極限總環(huán)路延遲（包括驅動(dòng)器、接收機和兩個(gè)隔離信道?。?，您可以減少雙向環(huán)路延遲，并簡(jiǎn)化您隔離式 CAN 解決方案的系統計時(shí)和設計。您還可以執行一個(gè)電平轉換功能，將一個(gè) 3.3V 控制器的電壓轉換至 5V CAN 收發(fā)器，無(wú)需更多的延遲。

當然，在進(jìn)行信號速率和線(xiàn)纜長(cháng)度相關(guān)性能優(yōu)化設計時(shí)還存在其他一些問(wèn)題。網(wǎng)絡(luò )的傳輸線(xiàn)路效應表明，負載、節點(diǎn)到節點(diǎn)間隔和短截線(xiàn)長(cháng)度對系統的信號保真度和抗干擾性都很重要。本文結尾列舉了較好的參考文獻。

實(shí)驗室數據例子
為了說(shuō)明這些概念，可建立一個(gè)帶有兩個(gè)隔離 CAN 節點(diǎn)和 50 米線(xiàn)纜的實(shí)驗室裝置。我們預計單向線(xiàn)纜延遲為 250ns，隔離收發(fā)器環(huán)路延遲約為 150ns，即 ISO1050 標準的典型值。因此，節點(diǎn) A 的采樣點(diǎn)應約為比特開(kāi)始以后的 800ns，如圖 5 所示。

圖 5 50 米線(xiàn)纜的 1 Mbps CAN 信號速率（點(diǎn)擊圖片放大）

就 1Mbps 信號速率而言，在該比特結束以前，采樣點(diǎn)留有足夠的裕量，其表明使用快速收發(fā)器，40 米以上的線(xiàn)纜長(cháng)度是可行的。
總結

廣大設計人員正在各種應用中使用 CAN 通信，他們需要了解計時(shí)限制和線(xiàn)纜長(cháng)度權衡方法。信號鏈中每個(gè)組件都會(huì )影響總計時(shí)預算，同時(shí)必須考慮雙向延遲以確?？煽康耐ㄐ?。使用如 ISO1050 等快速收發(fā)器可保證 CAN 信號按時(shí)完成雙向傳輸，只有比 Pecos Bill 更快才能游過(guò)墨西哥灣。