CAN一般来说,总线的终端电阻是120欧姆。事实上,在设计中,两个60欧姆的电阻串在一起,总线上通常有两个120欧姆Ω基本上对节点了解一点CAN大家都知道这个道理。
但作为一个渣滓,我知道这是各种标准、数据手册和应用笔记中常用的电阻值,但这两个终端电阻的具体功能是什么?我以前知道阻抗匹配,但匹配是什么?
然后我去了知乎,总结了以下知识点。了解终端电阻的作用,也可以更快地找到日常工作中波形不稳定等问题的原因。
终端电阻的作用
CAN总线终端电阻有三个功能: 1.提高抗干扰能力,快速消除高频低能量信号 2.确保总线快速进入隐性状态,使寄生电容的能量更快地消失; 3、提高信号质量,放置在总线的两端,让反射能量降低。
一是提高抗干扰能力
CAN总线有显性和隐性两种状态,显性代表0,隐性代表1CAN收发器决定。下图是一个CAN收发器的典型内部结构图,CANH、CANL连接总线。
当总线显性时,收发器内部Q1、Q2导通,CANH、CANL两者之间的压差,Q1、Q2截止,CANH、CANL处于无源状态,压差为0。
如果总线没有负载,隐性时差电阻值很大,内部MOS管道处于高阻状态,外部干扰只需要很小的能量就能使总线进入显性(一般收发器显性门限最小电压只有500mV)。此时,如果有模型差异干扰,总线上会有明显的波动,没有地方吸收它们,它们会在总线上创造一个显性位置。因此,为了提高总线隐性时的抗干扰能力,可以增加差分负载电阻,电阻值尽可能小,以消除大部分噪声能量的影响。然而,为了避免电流总线进入显性,电阻值不能太小。
二、确保快速进入隐性状态
总线的寄生电容在显性状态下充电,当它们恢复到隐性状态时,需要放电。如果CANH、CANL之间没有电阻负载,电容器只能通过收发器内的差异电阻放电。RC过滤电路的特点,放电时间明显较长。我们在收发器CANH、CANL加一个220PF模拟试验中的电容,位速为500kbit/s,如图所示,波形的下降边缘处于较长状态。
为了快速放电总线寄生电容,确保总线快速进入隐藏状态,需要在CANH、CANL之间放置负载电阻。增加60个Ω波形如图所示,显性恢复到隐性的时间缩短到128nS,与显性建立时间相当。
三、提高信号质量
当信号转换率高的情况下,当信号边缘能量遇到阻抗不匹配时,会产生信号反射;传输电缆横截面的几何结构发生变化,电缆的特征阻抗发生变化,反射。
当能量反射时,反射波形与原波形叠加,产生振铃。
在总线电缆的末端,阻抗的急剧变化导致信号边缘的能量反射,并在总线信号上产生振动铃。如果振动铃幅度过大,则会影响通信质量。在电缆末端增加与电缆特性阻抗一致的终端电阻,以吸收这部分能量,避免振动铃。
其他人进行了模拟试验(图片都是我抄的),位速为1Mbit/s,收发器CANH、CANL接一根10m双绞线左右,收发器端接120Ω电阻保证隐性转换时间,终端不加载。如图所示,终端信号波形沿信号上升时出现振铃。
如果双绞线末端增加120Ω终端信号波形明显改善,振铃消失。
一般在直线拓扑中,电缆两端是发送端,也是接收端,所以电缆两端需要增加终端电阻。
在实际应用过程中,CAN总线一般不是完美的总线设计,往往是总线总线和星形的混合结构,这次通常是CAN在线束最远的两端布置终端电阻,尽可能模拟CAN标准结构的总线。
为什么选120Ω?
阻抗是什么?在电学中,对电路中电流的阻碍通常被称为阻抗。阻抗单位是欧姆,常用Z表示是复数Z= R i( ωL–1/(ωC))。阻抗可分为电阻(实部)和电抗(虚部)两部分。电抗还包括容抗和感抗,电容引起的电流阻碍称为容抗,电感引起的电流阻碍称为感抗。这里的阻抗是指Z模。
任何电缆的特征阻抗都可以通过实验得到。电缆的一端连接到方波发生器,另一端连接到可调电阻,并通过示波器观察电阻上的波形。调整电阻值,直到电阻上的信号是一个良好的无振铃方波:阻抗匹配和信号完整性,电阻值与电缆的特征阻抗一致。
使用两根汽车使用的典型电缆将其扭转成双绞线,可以根据上述方法获得约120个特征阻抗Ω,这也是CAN该标准推荐的终端电阻值为120Ω它是根据实际线束特性计算的,而不是计算的。ISO 11898-2标准也有定义。
为什么要选择0功率?.25W?
这也要结合一些故障状态来计算,汽车ECU所有接口都需要考虑短路到电源和短路到地,所以我们也需要考虑CAN根据标准,从短路到18的总线节点短路V假设情况CANH短路到18V,电流通过终端电阻流到达CANL上,而CANL由于内部限流,最大注入电流为50mA(TJA1145规格书上标注),此时120Ω电阻功率为50mA50mA120Ω=0.3W。考虑到高温下的降额,终端电阻的功率为0.5W。