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小電阻之大作用——CAN終端電阻

發(fā)布時間:2019-01-21 責任編輯:lina

【導讀】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。
 
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:

1、提高抗干擾能力,確??偩€快速進入隱性狀態(tài);

2、提高信號質量。

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CAN收發(fā)器的典型內部結構圖,CANH、CANL連接總線。

小電阻之大作用——CAN終端電阻
圖1

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

總線若無負載,隱性時差分電阻阻值很大,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)。為提升總線隱性時的抗干擾能力,可以增加一個差分負載電阻,且阻值盡可能小,以杜絕大部分噪聲能量的影響。然而,為了避免需要過大的電流總線才能進入顯性,阻值也不能過小。

確保快速進入隱性狀態(tài)

在顯性狀態(tài)期間,總線的寄生電容會被充電,而在恢復到隱性狀態(tài)時,這些電容需要放電。如果CANH、CANL之間沒有放置任何阻性負載,電容只能通過收發(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220PF的電容進行模擬試驗,位速率為500kbit/s,波形如圖2、圖3。

小電阻之大作用——CAN終端電阻
圖2

小電阻之大作用——CAN終端電阻
圖3

從圖3看出,顯性恢復到隱性的時間長達1.44μS,在采樣點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。

為了讓總線寄生電容快速放電,確保總線快速進入隱性狀態(tài),需要在CANH、CANL之間放置一個負載電阻。增加一個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間縮減到128nS,與顯性建立時間相當。

小電阻之大作用——CAN終端電阻
圖4

小電阻之大作用——CAN終端電阻
圖5

提高信號質量

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,會產生信號反射;傳輸線纜橫截面的幾何結構發(fā)生變化,線纜的特征阻抗會隨之變化,也會造成反射。

在總線線纜的末端,阻抗急劇變化導致信號邊沿能量反射,總線信號上會產生振鈴,若振鈴幅度過大,就會影響通信質量。在線纜末端增加一個與線纜特征阻抗一致的終端電阻,可以將這部分能量吸收,避免振鈴的產生。

我們進行了一個模擬試驗,位速率為1Mbit/s,收發(fā)器CANH、CANL接一根10m左右的雙絞線,收發(fā)器端接120Ω電阻保證隱性轉換時間,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。

小電阻之大作用——CAN終端電阻
圖6

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

小電阻之大作用——CAN終端電阻
圖7

一般在直線型拓撲中,線纜兩端即是發(fā)送端,也是接收端,故線纜兩端需各加一個終端電阻。

為什么選120Ω

任何一根線纜的特征阻抗都可以通過實驗的方式得出。線纜的一端接方波發(fā)生器,另一端接一個可調電阻,并通過示波器觀察電阻上的波形。調整電阻阻值的大小,直到電阻上的信號是一個良好的無振鈴的方波,此時的電阻值可以認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。
 
 
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