车载通信——CAN终端电阻匹配

一、基础概念

（1）信号反射

根据传输线原理，当信号在传播中遇到阻抗不连续（如从传输线进入负载）即会产生反射波，反射信号叠加在原信号上将会改变原信号的形状，造成信号的缺失或失真，影响通讯质量甚至无法正常通讯。

 （2）阻抗

在具有电阻、电感和电容的电路里，对电路中的电流所起的阻碍作用叫做阻抗。

其中R为电阻;ωL为感抗;为容抗。

，为感性负载。

 ，容性负载。

 （3）阻抗匹配

指信号源或者传输线跟负载之间的一种合适的搭配方式。负载阻抗与激励源内部阻抗互相适配，得到最大功率输出的一种工作状态。

阻抗匹配分为低频和高频两种情况。

实际的电压源总是有内阻的，把一个实际电压源等效成一个理想的电压源跟一个电阻r串联的模型。

（4）低频电路

一般不考虑传输线的匹配问题，只考虑信号源跟负载之间的情况，因为低频信号的波长相对于传输线来说很长，传输线可以看成是“短线”（线长较短），反射可以不考虑。

（5）高频电路 

必须考虑反射的问题，当信号的频率很高时，则信号的波长很短，当波长短得跟传输线长度可以比拟时，反射信号叠加在原信号上将会改变原信号的形状。如果传输线的特征阻抗跟负载阻抗不相等（即不匹配）时，在负载端就会产生反射。

（6）特征阻抗

信号在传输线中传输的过程中，在信号到达的一个点，传输线和参考平面之间会形成电场，由于电场的存在，会产生一个瞬间的小电流，这个小电流在传输线中的每一点都存在。同时信号也增加一定的小电压，这样在信号传输过程中，传输线的每一点就会等效成一个电阻。

传输线的特征阻抗（也叫做特性阻抗）是由传输线的结构以及材料决定的，而与传输线的长度，以及信号的幅度、频率等均无关。

 

是指波在传输线中电压振幅和电流振幅的比率 ;

L是单位长度传输线的固有电感;

C是单位长度传输线的固有电容。

（7）等效阻抗

等效阻抗Z(z),其定义为传输线上该位置处的电压与电流比值。

注：

特征阻抗是入射波或者反射波的比值，而等效阻抗则是指定位置处入射波和反射波两者叠加之后的比值。

对于无耗传输线来说，特征阻抗是固定的，而等效阻抗则随位置的不同而变化。

二、终端电阻的作用

（1）吸收信号反射及回波，而产生信号反射的最大来源便是阻抗不连续以及不匹配；

（2）提高信号质量，放置在总线的两端，让反射能量降低；

信号在较高的转换速率情况下，信号边沿能量遇到阻抗不匹配时，会产生信号反射；传输线缆横截面的几何结构发生变化，线缆的特征阻抗会随之变化，也会造成反射。

能量发生反射时，导致反射的波形与原来的波形进行叠加，就会产生振铃。

在总线线缆的末端，阻抗急剧变化导致信号边沿能量反射，总线信号上会产生振铃，若振铃幅度过大，就会影响通信质量。在线缆末端增加一个与线缆特征阻抗一致的终端电阻，可以将这部分能量吸收，避免振铃的产生。

（3）提高抗干扰能力，确保总线快速进入隐性状态，让寄生电容的能量更快走掉。

A.抗干扰能力

总线显性（“0”）时，收发器内部Q1、Q2导通，CANH、CANL之间产生压差；

总线隐性（“1”）时，Q1、Q2截止，CANH、CANL处于无源状态，压差为0。

总线若无负载，隐性时差分电阻阻值很大，外部的干扰只需要极小的能量即可令总线进入显性，如果有差模干扰过来，总线上就会有明显的波动。

B.快速进入隐性状态

在显性状态期间，总线的寄生电容会被充电；在恢复到隐性状态时，这些电容需要放电。为了让总线寄生电容快速放电，确保总线快速进入隐性状态，需要在CANH、CANL之间放置一个负载电阻。

三、终端电阻匹配

 ISO 11898要求电缆的标称阻抗为120欧姆，因此应使用120欧姆的终端电阻。

注：

（1）任何一根线缆的特征阻抗都可以通过实验的方式得出；

（2）120Ω是测出来的，不是算出来的，都是根据实际的线束特性进行计算得到的。

（3）终端匹配电阻大小等于传输电缆特性阻抗，传输电缆特性阻抗由电缆供应商提供，一般近似为Z=√(L/C)。其中L为电缆单位长度感抗，C为电缆单位长度电容

四、终端电阻布置

在终端电阻的匹配中，终端电阻一定要放置在最远的两端，如果其中一个放在中间位置，终端电阻外面的CAN收发器A1处于支路上，这将大大增加该节点的信号反射，进而影响总线通讯。 

（1）高速CAN

高速CAN为一对信号线的每根线（CAN_H和CAN_L）都配置终端电阻。这是因为在CAN总线的两个方向都有数据流。

（2）低速CAN

低速CAN，网络上的每个设备的每条数据线都需要配置一个终端电阻。与高速CAN端接不同，低速CAN要求终端电阻端接在收发器上而不是在电缆上。

 五、终端匹配电阻判断

（1）差分信号电压幅值

两条信号线CAN_H和CAN_L静态时均为2.5V左右，此时状态表示逻辑1，称作隐性；

CAN_H比CAN_L高表示逻辑0，称为显性，此时通常CAN_H电压3.5V、CAN_L电压1.5V。

CAN标准规定：

CAN总线上的差分电压>0.9V才能被识别成显性电平

CAN总线上的差分电压<0.5V才能被识别成隐性电平

CAN总线上的差分电压0.5~0.9之间的电平不能确定电平极性

差分信号电压幅值差	逻辑值
CAN总线上的差分电压>0.9V	显性（0）
CAN总线上的差分电压<0.5V	隐性（1）
CAN总线上的差分电压0.5~0.9之间	确定极性

 （2）评估是否漏加或多加终端匹配电阻

通过测量CAN差分电压幅值来评估是否漏加或多加终端匹配电阻。

终端电阻个数	单节点CAN总线差分电压
1	2.5V
2	2V
3	1.5~1.7V
4	1.1~1.3V
5	0.9~1.1V