詳解CAN總線(xiàn)：高速CAN總線(xiàn)和低速CAN總線(xiàn)的特性

在ISO 11898-2和ISO 11898-3中分別規定了兩種CAN總線(xiàn)結構（在BOSCH CAN2.0規范中，并沒(méi)有關(guān)于總線(xiàn)拓撲結構的說(shuō)明）：高速CAN總線(xiàn)和低速CAN總線(xiàn)，區別表如下所示：

本篇博文將詳細介紹兩者的特性和區別。

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高速CAN總線(xiàn)

ISO 11898-2中定義了通信速率為125Kbps～1Mbps的高速閉環(huán)CAN通信標準，當通信總線(xiàn)長(cháng)度≤40米，最大通信速率可達到1Mbps，高速閉環(huán)CAN（高速CAN）通信如下圖所示：

1.1、電氣特性

高速CAN總線(xiàn)上為顯性電平（邏輯0）時(shí)，CAN_H為3.5V、CAN_L為1.5V，此時(shí)電壓差是2V，顯性狀態(tài)的CAN總線(xiàn)電壓范圍如下圖（標準來(lái)源：ISO 11898-2:2006）所示：

高速CAN總線(xiàn)上為隱性電平（邏輯1）時(shí)，CAN_H和CAN_L都為2.5V，此時(shí)電壓差就是0V，隱性狀態(tài)的CAN總線(xiàn)電壓范圍如下圖（標準來(lái)源：ISO 11898-2:2006）所示：

1.2、終端電阻

高速CAN線(xiàn)需要在CAN_H和CAN_L加終端電阻，電纜上的終端電阻應與電纜的標稱(chēng)阻抗相匹配，終端匹配電阻一般為120Ω，每個(gè)終端電阻應能消耗0.25W的功率（標準來(lái)源：ISO 11898-2:2003）。

如果高速CAN傳輸線(xiàn)路沒(méi)有終止，線(xiàn)路上的每個(gè)信號變化都會(huì )導致反射，這可能會(huì )導致通信故障。由于通信在CAN總線(xiàn)上雙向流動(dòng)，因此CAN要求終止電纜的兩端。然而，這一要求并不意味著(zhù)每個(gè)設備都應該有一個(gè)終端電阻。如果沿電纜放置多個(gè)設備，只有電纜末端的設備應該有終端電阻。放置終端電阻位置如下所示：

1.3、總線(xiàn)長(cháng)度

高速CAN總線(xiàn)，總線(xiàn)長(cháng)度最大為40m，當總線(xiàn)長(cháng)度超過(guò)40m后，總線(xiàn)的速率會(huì )受到影響。支線(xiàn)長(cháng)度（節點(diǎn)和總線(xiàn)之間的距離）最長(cháng)為0.3m，支線(xiàn)節點(diǎn)距離長(cháng)度最大也是40m（標準來(lái)源：ISO 11898-2:2003）。

1.4、布線(xiàn)電纜

高速CAN總線(xiàn)電纜應滿(mǎn)足ISO11898中規定的物理介質(zhì)要求，如下表所示：

1.5、設備數量

高速CAN總線(xiàn)上設備的最大數量取決于網(wǎng)絡(luò )上設備的電氣特性。如果所有的設備都符合ISO11898的要求，那么至少有30個(gè)設備可以被連接到總線(xiàn)上。

如果設備的電氣特性沒(méi)有降低信號質(zhì)量，滿(mǎn)足ISO11898信號級規范，網(wǎng)絡(luò )上的所有設備都符合設備網(wǎng)的規格，則可以連接64個(gè)設備到網(wǎng)絡(luò )。

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低速CAN總線(xiàn)

ISO 11898-3中定義了通信速率為10～125Kbps的低速開(kāi)環(huán)CAN通信標準，當傳輸速率為40Kbps時(shí)，總線(xiàn)距離可達到1000米。低速開(kāi)環(huán)CAN（也叫：低速容錯CAN）通信如下圖所示：

2.1、電氣特性

低速CAN總線(xiàn)上為顯性電平（邏輯0）時(shí)，CAN_H為3.6V、CAN_L為1.4V，此時(shí)電壓差是2.2V?？偩€(xiàn)上為隱性電平（邏輯1）時(shí)，CAN_H為0.3V、CAN_L都為4.7V，此時(shí)電壓差就是-4.4V，顯性狀態(tài)和隱性狀態(tài)的CAN總線(xiàn)電壓范圍如下圖（標準來(lái)源：ISO 11898-3:2006）所示：

2.2、終端電阻

與高速CAN不同，低速CAN需要在低速CAN收發(fā)器上終止，而不是在電纜上。該終端需要兩個(gè)電阻器：RTH用于CAN_H，RTL用于CAN_L。這種配置允許Philips fault-tolerant CAN收發(fā)器檢測并從總線(xiàn)故障中恢復。

Philips建議低速CAN網(wǎng)絡(luò )，一個(gè)整體的RTH和RTL終端電阻為100Ω到500Ω（每個(gè)）。整個(gè)網(wǎng)絡(luò )終端電阻可以確定如下公式：

低速CAN網(wǎng)絡(luò )上的每個(gè)設備每條CAN數據線(xiàn)都需要一個(gè)終端電阻：RTH用于CAN_H，RTL用于CAN_L，放置終端電阻位置如下所示：

2.3、總線(xiàn)長(cháng)度

在線(xiàn)形拓撲中，可掛載20個(gè)以上低速CAN節點(diǎn)，在網(wǎng)絡(luò )總長(cháng)度不應超過(guò)40米的情況下最大通信速度達到125Kbps。

在星形拓撲中， 網(wǎng)絡(luò )總長(cháng)度約為40m，各個(gè)節點(diǎn)間距離不超過(guò)20m。

2.4、布線(xiàn)電纜

低速CAN總線(xiàn)電纜應滿(mǎn)足ISO11898中規定的物理介質(zhì)要求，如下表所示：

2.5、設備數量

低速CAN總線(xiàn)上設備的最大數量取決于網(wǎng)絡(luò )上設備的電氣特性。如果所有的設備都滿(mǎn)足典型的低速/容錯CAN的要求，那么最多有32個(gè)設備可以連接到總線(xiàn)上。如果設備信號質(zhì)量滿(mǎn)足低速/容錯信號水平規范，則可以連接更高數量的設備。

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補充知識：ISO 11898-3與ISO 11519-2標準的關(guān)系

ISO 11519由以下部分組成，總稱(chēng)“道路車(chē)輛—低速串行數據通信”：

• Part 1：General and definitions 概述和定義

• Part 2：Low-speed controller area network (CAN) 低速控制器局域網(wǎng)（CAN）

• Part 3：Part 3: Vehicle area network (VAN) 車(chē)輛局域網(wǎng)（VAN）

ISO 11519-2:1994（Low-speed controller area network (CAN)， 低速控制器局域網(wǎng)（CAN）），指定CAN的數據鏈路層和物理層，這是用于公路車(chē)輛應用的高達125 Kbit/s的通信網(wǎng)絡(luò )。低速CAN是一種串行通信協(xié)議，支持分布式實(shí)時(shí)控制和多路復用。根據ISO 7498在ISO-OSI模型中定義的層次結構層中定義網(wǎng)絡(luò )的一般體系結構。該標準允許在CAN總線(xiàn)連線(xiàn)失敗時(shí)CAN總線(xiàn)通信得以繼續進(jìn)行。

ISO 11898-3:2006（Road vehicles — Controller area network (CAN) — Part 3: Low-speed, fault-tolerant, medium-dependent interface，道路車(chē)輛—控制器局域網(wǎng)（CAN）—第3部分：低速，容錯，介質(zhì)相關(guān)的接口），規定了在配備有控制器局域網(wǎng)（CAN）的道路車(chē)輛電子控制單元之間以40 Kbit/s至125Kbit/s的傳輸速率建立數字信息交換的特性。

標準ISO 11519-2-1994已經(jīng)在2006年被ISO 11898-3-2006代替了，符合標準ISO 11898-3的產(chǎn)品也是支持符合ISO 11519-2標準的產(chǎn)品。