物理层主要完成设备间的信号传送,把各种信号转换成物理信号,并将这些信号传输到其他目标设备。在这一层中,CAN-bus对信号电平、通信时使用的电缆及连接器等进行了详细规定。
CAN-bus由ISO标准化后发布了两个标准,分别是ISO11898(125kpbs~1Mbps的高速通信标准)和ISO11519(小于125kpbs的低速通信标准)。这两个标准仅在物理层不同,在数据链路层是相同的。
一、收发器及信号电平
收发器位于CAN-bus的物理层,负责逻辑信号和物理信号之间的转换。
如下图所示为CAN收发器的引脚图。
1、Transmit时将逻辑信号转换成物理信号,此收发器转换得到的信号为差分电平信号。
2、Recieve时将物理信号转换成逻辑信号,此收发器将差分电平信号转换为逻辑信号。
CAN收发器根据两根电缆之间的电压差来判断总线电平,这种传输方式称为“差分传输”。CAN-bus使用两根电缆进行信号传输,分别为CAN_High和CAN-Low(简称CAN_H和CAN_L)。
CAN-bus中ISO11898和ISO11519这两个通信标准中差分电平的特性也不相同。电缆上传输的电平信号为显性电平和隐形电平,其中显性电平代表逻辑0,隐形电平代表逻辑1。
如下图所示是ISO11898和ISO11519信号电平的对比。
——为什么要用双绞线和差分信号?
——是因为双绞线上传输差分信号可以抑制共模干扰,能搞提高通讯的稳定性、可靠性和抗干扰能力。
双绞线上传输差分信号,共模干扰使信号线上产生相同幅度和相位的干扰脉冲。线路受到共模信号的干扰后,信号差值不变,信号依然正确传输。
二、线与原理
如下左图为CAN收发器的引脚图,其中CAN_H引脚在芯片里面等效电路为如下右图所示。
CAN收发器开路集电极和总线相连通过切换开关状态输出高低电平。
状态1:截止状态,晶体管截止(开关未接合)
无源:总线电平=1,电阻高
状态0:接通状态,晶体管导通(开关已接合)
有源:总线电平=0,电阻低
多个节点并接到同一总线上时,只要其中一个节点输出低电平,总线就为低电平,只有所有节点输出高电平时,总线才为高电平。因为线“与”的存在,当多个收发器同时输出不同电平信号时,隐形电平就会被显性电平“覆盖”,使信号电缆呈现显性电平。
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