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对CAN总线的终端电阻,你知道多少?

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使用过CAN或RS-485总线的学生应了解终端电阻,使用485和CAN当总线只知道添加120欧元的终端电阻时,但终端电阻的具体功能是什么呢?什么是终端电阻?百度百科全书对终端电阻的解释如下:

在阅读了上述定义后,我们可能知道终端电阻主要用于消除信号反射。我相信很多人仍然对信号反射知之甚少。小编总结了几个问题:

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终端电阻的具体作用是什么?

信号反射是如何产生的?

如何消除终端电阻的信号反射?

为什么终端电阻的电阻值是120欧姆?

如何测量终端电阻?

如何接线终端电阻?

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。

提高抗干扰能力

我们都知道CAN总线上的信号区分显性和隐性两种状态。显性对应二进制的逻辑0,隐性对应二进制的逻辑1;如下图所示。

CANH与CANL差分电压为0V左右为隐性V左右时为显性CAN收发器决定TJA1042T以收发器为例,内部逻辑框图如下:

当总线显性时,收发器内部Q1、Q2导通,CANH、CANL两者之间产生压差;Q1、Q2截止,CANH、CANL处于无源状态,压差为0。

当总线负载时,隐性时差电阻值很大,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,压差为500mV当时,总线被判定为显性)。当总线上有模具差异干扰时,总线上会有明显的波动,没有地方吸收它们,它们会在总线上创建一个显性位置。

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,电阻值应尽可能小,以消除大部分噪声能量的影响。然而,为了避免进入显性,电阻值不应太小。

确保总线尽快进入隐藏状态

寄生电容器存在于总线上,CAN在总线数据传输过程中,隐性和显性状态显性状态的变化充放电。如果总线中没有电阻负载,信号波形将出现缓慢变化过程。如下图所示;

放大上图后,可以发现显性长达1.44μS。在采样点较高的情况下,如果通信速度较高或寄生电容较大,则很难保证正常通信。如下图所示:

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负载电阻放置在两者之间。

增加一个60Ω从上图可以看出,显性恢复到隐性的时间缩短到128nS,与显性建立时间相当。

从上述波形对比可以看出,终端电阻会使总线在显性和隐性状态下变化更快。

03.吸收反射信号,提高信号质量

在信号转换率高的情况下,当信号遇到阻抗变化时,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。反射信号返回影响质量,在总线上产生铃声,如下图所示:

如果振铃信号过大,会影响信号质量,甚至导致总线数据传输错误;

增加与电缆特征阻抗一致的终端电阻,可以吸收反射信号的能量,避免振铃,如下图所示。

当阻抗不连续和阻抗不匹配时,会产生信号反射。

01.阻抗不连续时的反射

当交流电在导体中时,一旦阻抗发生变化,如从一条材料导线进入另一条材料导线,电流将分为两部分,一部分进入下一个介质继续传输,另一部分沿原路径返回,干扰后面的信号。

这种现象类似于光的传播。当光从一种介质射入另一种介质时,一部分衰减后继续前进,另一部分返回原始介质。

CAN当信号传输到电缆终点时,由于阻抗的突然变化,让电流从导线进入空气介质。由于两种介质的差异很大,电流的反射效果更为明显。

反射信号将叠加在后面的正常信号上。如果反射信号强,接收节点无法从叠加的电波中识别有用信息,则通信无法正常进行。

在电缆终点,增加匹配电缆阻抗的终端电阻(如120欧元),可有效避免信号反射。

当阻抗不匹配时,信号反射

当CAN当收发器与传输电缆之间的阻抗不匹配时,也会引起信号反射。

在高频电路中,当信号频率较高时,信号波长较短,当波长与传输线长度相当时,反射信号叠加在原始信号上会改变原始信号的形状。如果传输线的特征阻抗与负载阻抗不匹配,则在负载端反射。

【请关注本微信官方账号的其他文章,了解什么是阻抗匹配,什么是阻抗不匹配】。

为什么终端电阻是120欧姆?

通过上述信号反射的原因,可以总结出终端电阻的电阻值取决于电缆的电阻。

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。

在CAN通过将总线中使用的典型电缆扭曲成双绞线,可以根据上述方法获得特征阻抗约120Ω,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出来的,而不是计算出来的。

这也是CAN标准中推荐的阻值

如下图所示CAN经典的经典拓扑图。终端电阻通常放在最远的两个节点上。如果其中一个放在中间,则在终端电阻外CAN收发器位于支路上,这将大大增加节点的信号反射,从而影响总线通信。

标签: 电阻可以不用加吗10欧电阻可以短接吗

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