小电阻之大做用——CAN终端电阻

CAN总线终端电阻，顾名思义就是加在总线末端的电阻。此电阻虽小，但在CAN总线通讯中却有十分重要的做用。

终端电阻的做用

CAN总线终端电阻的做用有两个：

一、提升抗干扰能力，确保总线快速进入隐性状态；

二、提升信号质量。

提升抗干扰能力

CAN总线有“显性”和“隐性”两种状态，“显性”表明“0”，“隐性”表明“1”，由CAN收发器决定。图1是一个CAN收发器的典型内部结构图，CANH、CANL链接总线。

图1

总线显性时，收发器内部Q一、Q2导通，CANH、CANL之间产生压差；隐性时，Q一、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，外部的干扰只须要极小的能量便可令总线进入显性（通常的收发器显性门限最小电压仅500mV）。为提高总线隐性时的抗干扰能力，能够增长一个差分负载电阻，且阻值尽量小，以杜绝大部分噪声能量的影响。然而，为了不须要过大的电流总线才能进入显性，阻值也不能太小。

确保快速进入隐性状态

在显性状态期间，总线的寄生电容会被充电，而在恢复到隐性状态时，这些电容须要放电。若是CANH、CANL之间没有放置任何阻性负载，电容只能经过收发器内部的差分电阻放电。咱们在收发器的CANH、CANL之间加入一个220PF的电容进行模拟试验，位速率为500kbit/s，波形如图二、图3。

图2

图3

从图3看出，显性恢复到隐性的时间长达1.44μS，在采样点较高的状况下勉强可以通讯，若通讯速率更高，或寄生电容更大，则很难保证通讯正常。

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，须要在CANH、CANL之间放置一个负载电阻。增长一个60Ω的电阻后，波形如图四、图5。从图中看出，显性恢复到隐性的时间缩减到128nS，与显性创建时间至关。

图4

图5

提升信号质量

信号在较高的转换速率状况下，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，也会形成反射。

在总线线缆的末端，阻抗急剧变化致使信号边沿能量反射，总线信号上会产生振铃，若振铃幅度过大，就会影响通讯质量。在线缆末端增长一个与线缆特征阻抗一致的终端电阻，能够将这部分能量吸取，避免振铃的产生。

咱们进行了一个模拟试验，位速率为1Mbit/s，收发器CANH、CANL接一根10m左右的双绞线，收发器端接120Ω电阻保证隐性转换时间，末端不加负载。末端信号波形如图6，信号上升沿出现了振铃。

图6

若双绞线末端增长一个120Ω的电阻，末端信号波形明显改善，振铃消失，如图7。

图7

通常在直线型拓扑中，线缆两端便是发送端，也是接收端，故线缆两端需各加一个终端电阻。

为何选120Ω

任何一根线缆的特征阻抗均可以经过实验的方式得出。线缆的一端接方波发生器，另外一端接一个可调电阻，并经过示波器观察电阻上的波形。调整电阻阻值的大小，直到电阻上的信号是一个良好的无振铃的方波，此时的电阻值能够认为与线缆的特征阻抗一致。

大部分汽车线缆都是单线的。若是你采用两根汽车使用的典型线缆，将它们扭制成双绞线，就可根据上述方法获得特征阻抗大约为120Ω，这也是CAN标准推荐的终端电阻阻值。