干货|CAN总线不加终端电阻，会怎么样？

电子工程世界 2023-08-09 07:30

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在进行CAN总线通信前，应保证正确的总线配置，比如终端电阻。它是影响总线通信的重要组件，下面我们不考虑信号的完整性，只从信号幅度和时间常数方面分析不加终端电阻时的影响。

终端电阻添加要求

根据ISO11898-2对终端电阻的取值规定，必须在总线的首尾两端各挂一个120Ω的终端电阻，即总线上加60Ω的终端电阻，而中间节点则不需要挂终端电阻，如图1所示。

图1 终端电阻

不加终端电阻时的影响

如图2所示，假如我们按照ISO11898标准要求，使用CANScope测试时，加上60Ω的终端电阻，然后以250Kbps的波特率自发自收数据，可以看到报文可以正常发送，且关联的波形也正常。

图2 加终端电阻CANScope自发自收现象

假如CANScope在不加终端电阻的时候，以250Kbps的波特率自发自收数据，如图3所示，发送的数据都是帧ID错误，且关联的波形也出现异常。

图3 未加终端电阻CANScope自发自收现象

对于报文数据，从关联的波形数据可以看到，上升沿没有任何问题，但是下降沿相对于加终端电阻的波形缓慢很多，一直未达到隐性状态，这些是为什么呢？下面我们对其进行一一的解析。

1、为什么影响下降沿？

众所周知，CAN总线的传输方式是差分传输方式，而总线电平的判断，就是CAN收发器根据CANH和CANL线缆之间的差分电压（CANH-CANL）来判断的，总线上传输的电平信号只有两种可能，一是显性电平，二是隐性电平，其中显性电平代表逻辑0，隐性电平代表逻辑1。

首先我们看一下CAN收发器的内部结构，如图4所示：

图4 CAN收发器内部结构

当总线电平为显性时，收发器内部的Q1、Q2处于导通状态，此时CANH、CANL之间会产生压差；当总线电平为隐性时，收发器内部的Q1、Q2处于截止状态，此时CANH、CANL处于无源状态，压差为0。

所以当隐性状态变为显性状态（上升沿）时，主要由收发器中的驱动模块作用，当显性状态变为隐性状态（下降沿）时，是通过整条总线与终端电阻放电产生的，所以总线的终端电阻是影响下降沿缓慢程度的主要物理因素。

2、下降沿为什么迟迟达不到隐性状态？

前面提到，下降沿缓慢程度，受终端电阻的影响，是如何影响的，那这就和时间常数τ有关系了。我们知道，时间常数可由电容（C）和负载电阻（R）确定，即τ=RC，所以当总线上无终端电阻时，CANH和CANL之间的阻值很大，例如CANScope，在未加终端电阻时，测量的电阻值，约91KΩ左右，所以根据时间常数的公式，τ值会很大，所以无法快速消耗掉总线上寄生电容上的电能，从而导致下降沿缓慢，迟迟达不到隐性状态。

图5 RC电路

3、为什么会产生错误帧？

如图6所示，是图3对应的示波器截图，从图中看出，当光标区域的ΔX为一个位，即4us时，差分信号在光标B处的电压YB为3.341V，远高于CAN规范中的隐性电平判断上限值0.5V，显性电平判断下限值0.9V，所以此时的位被判断为显性位，而又由于时间常数远大于250Kbps波特率下的位时间，所以会有超过5个位被判断为显性位，从而破坏了CAN规范中的填充规则，出现了帧ID填充错误。