小電阻之大作用“CAN終端電阻”

　　CAN總線(xiàn)終端電阻，顧名思義就是加在總線(xiàn)末端的電阻。此電阻雖小，但在CAN總線(xiàn)通信中卻有十分重要的作用。

　　終端電阻的作用

　　CAN總線(xiàn)終端電阻的作用有兩個(gè)：

　　一、提高抗干擾能力，確?？偩€(xiàn)快速進(jìn)入隱性狀態(tài)。

　　二、提高信號質(zhì)量。

　　提高抗干擾能力

　　CAN總線(xiàn)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)器的典型內部結構圖，CANH、CANL連接總線(xiàn)。

　　圖1

　　總線(xiàn)顯性時(shí)，收發(fā)器內部Q1、Q2導通，CANH、CANL之間產(chǎn)生壓差;隱性時(shí)，Q1、Q2截止，CANH、CANL處于無(wú)源狀態(tài)，壓差為0。

　　總線(xiàn)若無(wú)負載，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(xiàn)進(jìn)入顯性(一般的收發(fā)器顯性門(mén)限最小電壓僅500mV)。為提升總線(xiàn)隱性時(shí)的抗干擾能力，可以增加一個(gè)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(guò)大的電流總線(xiàn)才能進(jìn)入顯性，阻值也不能過(guò)小。

　　確?？焖龠M(jìn)入隱性狀態(tài)

　　在顯性狀態(tài)期間，總線(xiàn)的寄生電容會(huì )被充電，而在恢復到隱性狀態(tài)時(shí)，這些電容需要放電。如果CANH、CANL之間沒(méi)有放置任何阻性負載，電容只能通過(guò)收發(fā)器內部的差分電阻放電。我們在收發(fā)器的CANH、CANL之間加入一個(gè)220PF的電容進(jìn)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(shí)間長(cháng)達1.44μS，在采樣點(diǎn)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(xiàn)寄生電容快速放電，確?？偩€(xiàn)快速進(jìn)入隱性狀態(tài)，需要在CANH、CANL之間放置一個(gè)負載電阻。增加一個(gè)60Ω的電阻后，波形如圖4、圖5。從圖中看出，顯性恢復到隱性的時(shí)間縮減到128nS，與顯性建立時(shí)間相當。

　　圖4

　　圖5

　　提高信號質(zhì)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(shí)，會(huì )產(chǎn)生信號反射;傳輸線(xiàn)纜橫截面的幾何結構發(fā)生變化，線(xiàn)纜的特征阻抗會(huì )隨之變化，也會(huì )造成反射。

　　在總線(xiàn)線(xiàn)纜的末端，阻抗急劇變化導致信號邊沿能量反射，總線(xiàn)信號上會(huì )產(chǎn)生振鈴，若振鈴幅度過(guò)大，就會(huì )影響通信質(zhì)量。在線(xiàn)纜末端增加一個(gè)與線(xiàn)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，位速率為1Mbit/s，收發(fā)器CANH、CANL接一根10m左右的雙絞線(xiàn)，收發(fā)器端接120Ω電阻保證隱性轉換時(shí)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(xiàn)末端增加一個(gè)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(xiàn)型拓撲中，線(xiàn)纜兩端即是發(fā)送端，也是接收端，故線(xiàn)纜兩端需各加一個(gè)終端電阻。

　　為什么選120Ω

　　任何一根線(xiàn)纜的特征阻抗都可以通過(guò)實(shí)驗的方式得出。線(xiàn)纜的一端接方波發(fā)生器，另一端接一個(gè)可調電阻，并通過(guò)示波器觀(guān)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(gè)良好的無(wú)振鈴的方波，此時(shí)的電阻值可以認為與線(xiàn)纜的特征阻抗一致。

　　大部分汽車(chē)線(xiàn)纜都是單線(xiàn)的。如果你采用兩根汽車(chē)使用的典型線(xiàn)纜，將它們扭制成雙絞線(xiàn)，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。