CAN總線(xiàn)終端電阻為什么是120Ω？

CAN總線(xiàn)終端電阻，一般來(lái)說(shuō)都是120歐姆，實(shí)際上在設計的時(shí)候，也是兩個(gè)60歐姆的電阻串起來(lái)，而總線(xiàn)上一般有兩個(gè)120Ω的節點(diǎn)，基本上稍微知道點(diǎn)CAN總線(xiàn)的人都知道這個(gè)道理。

但是作為學(xué)渣的我，知道這個(gè)是在各種標準以及各種數據手冊和應用筆記里面常用的電阻值，但是這兩個(gè)終端電阻的具體作用是什么呢？之前就知道阻抗匹配，但是究竟匹配的是什么呢？然后我就上知乎遨游了一下，半抄半寫(xiě)的總結了下面的這些知識點(diǎn)。知道終端電阻的作用，對于日常工作中波形不穩定等問(wèn)題，也能更快的找到問(wèn)題的原因。

終端電阻的作用

CAN總線(xiàn)終端電阻的作用有3個(gè)：1、提高抗干擾能力，讓高頻低能量的信號迅速走掉2、確?？偩€(xiàn)快速進(jìn)入隱性狀態(tài)，讓寄生電容的能量更快走掉；3、提高信號質(zhì)量，放置在總線(xiàn)的兩端，讓反射能量降低。一、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。下圖是一個(gè)CAN收發(fā)器的典型內部結構圖，CANH、CANL連接總線(xiàn)。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，內部的MOS管屬于高阻態(tài)，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）。這個(gè)時(shí)候如果有差模干擾過(guò)來(lái)，總線(xiàn)上就會(huì )有明顯的波動(dòng)，而這些波動(dòng)沒(méi)有地方能夠吸收掉他們，就會(huì )在總線(xiàn)上創(chuàng )造一個(gè)顯性位出來(lái)。所以為提升總線(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。二、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，這個(gè)阻抗是比較大的，按照RC濾波電路的特性，放電時(shí)間就會(huì )明顯比較長(cháng)。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，這個(gè)波形的下降沿就是比較長(cháng)的狀態(tài)。

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，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。

三、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。能量發(fā)生反射時(shí)，導致反射的波形與原來(lái)的波形進(jìn)行疊加，就會(huì )產(chǎn)生振鈴。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。別人進(jìn)行了一個(gè)模擬試驗（圖片都是我抄過(guò)來(lái)的），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。末端信號波形如圖所示，信號上升沿出現了振鈴。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。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。而在實(shí)際應用過(guò)程中，CAN總線(xiàn)一般都不是完美的總線(xiàn)式的設計，很多時(shí)候是總線(xiàn)型和星型的混合結構，這個(gè)時(shí)候一般都將CAN終端電阻布置在線(xiàn)束最遠的兩端，來(lái)盡量的模擬CAN總線(xiàn)的標準結構。

為什么選120Ω？

什么是阻抗？在電學(xué)中，常把對電路中電流所起的阻礙作用叫做阻抗。阻抗單位為歐姆，常用Z表示，是一個(gè)復數Z= R+i( ωL–1/（ωC）)。具體說(shuō)來(lái)阻抗可分為兩個(gè)部分，電阻（實(shí)部）和電抗（虛部）。其中電抗又包括容抗和感抗，由電容引起的電流阻礙稱(chēng)為容抗，由電感引起的電流阻礙稱(chēng)為感抗。這里的阻抗是指Z的模。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。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，所以這個(gè)120Ω是測出來(lái)的，不是算出來(lái)的，都是根據實(shí)際的線(xiàn)束特性進(jìn)行計算得到的。當然在ISO 11898-2這個(gè)標準里面也是有定義的。

為什么功率還要選0.25W？

這個(gè)就要結合一些故障狀態(tài)也計算，汽車(chē)ECU的所有接口都需要考慮短路到電源和短路到地的情況，所以我們也需要考慮CAN總線(xiàn)的節點(diǎn)短路到電源的情況根據標準需要考慮短路到18V的情況，假設CANH短路到18V，電流會(huì )通過(guò)終端電阻流到CANL上，而CANL內部由于限流的原因，最大注入電流為50mA（TJA1145的規格書(shū)上標注）這時(shí)候120Ω電阻的功率就是50mA*50mA*120Ω=0.3W。考慮到高溫情況下的降額，終端電阻的功率就是0.5W。

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