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。
但是这两个终端电阻的具体功能是什么呢?我以前知道阻抗匹配,但匹配是什么呢?
搜索后总结了以下知识点。了解终端电阻的作用,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,放置在总线两端,降低反射能量。
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典型的收发器内部结构图,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。
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,波形如图,这个波形的下降沿就是比较长的状态。
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。
1.当信号转换率高时,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。
2.当能量反射时,反射波形与原波形叠加,产生振铃。
3.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。
4.以下模拟试验,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。
而在实际应用过程中,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。
阻抗匹配和布线要求
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。调整电阻值的大小,直到电阻上的信号是一个良好的无振铃方波,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。
1、 导线类型 CAN双绞线必须用于总线布线,特征阻抗约120Ω对于通信距离长或电磁环境恶劣的双绞线,最好使用屏蔽双绞线,以有效抑制电磁干扰,确保可靠的通信。 2、 线长和直流电阻 当客户的通信距离较长时,必须考虑线路损耗。如果使用的电缆太薄,导线的直流电阻太大。因此,当总线开始端发出的信号在长途到达终端节点时,信号减,最终导致通信失败。那么,线长与传输线的截面积、线长与通信波特率有什么关系呢?我们总结如下图1所示。
图1传输线相关参数推荐值 二、布线拓扑结构 1、“手牵手”式连接 在直线拓扑中,由于分支长度和分支长度的积累会导致总线阻抗不连续,然后产生信号反射,因此最常用的直线拓扑是手拉手连接。如图所示 2.为了保证通信的可靠性,需要在起始端和末端添加120个节点Ω终端电阻不能只连接一端或两端。
2、T分支式连接 在大多数工业现场和轨道机车中,由于整体电缆较多,需要使用接线排,便于后期维护。CAN总线上的节点分支是不可避免的,只能尽量减少分支长度,如图所示 3。
图3 T型分支结构图
最高波特率1M时最好在0.3m在其他波特率条件下,如果分支长度小于0,我们可以推断.3m,然后总线通信可以稳定运行。 在某些情况下,如果你不能做这么短的分支呢?我们可以根据不同的波特率选择不同的分支长度。如图4所示,随着波特率的增加,分支限制越来越严格。相反,如果你想增加分支的长度,波特率必须降低以获得稳定的通信。
&nbs; 图 4 波特率与分支长度的关系 3、星型拓扑
图 5 等长星型连接 如图 5所示,若采用等长星型拓扑进行接线可以不使用集线器设备,适当调整每个节点的终端电阻即可实现组网。 R=N×60Ω N:分支数量 R:每个分支的终端电阻 注意每个节点必须加终端电阻,不能在星型网络的中心加任何电阻。 在现实应用中很多场合无法做到等长星型连接,这个时候我们需要使用CAN集线器来进行分支,如图6所示
图 6 集线器用于复杂的分支网络 使用集线器布线灵活性很大,可以根据需要任意分支,少了很多约束条件,但是贵啊。
功率选0.25W的原因
这个就要结合一些故障状态也计算,汽车ECU的所有接口都需要考虑短路到电源和短路到地的情况,所以我们也需要考虑CAN总线的节点短路到电源的情况,根据标准需要考虑短路到18V的情况,假设CANH短路到18V,电流会通过终端电阻流到CANL上,而CANL内部由于限流的原因,最大注入电流为50mA(TJA1145的规格书上标注),这时候120Ω电阻的功率就是50mA*50mA*120Ω=0.3W。考虑到高温情况下的降额,终端电阻的功率就是0.5W。