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          小電阻之大作用“CAN終端電阻”

          2017-04-15 12:03:01 東莞市德爾創電子有限公司 閱讀

          來源:ZLG致遠電子

          摘要:CAN總線終端電阻,顧名思義就是加在總線末端的電阻。此電阻雖小,但在CAN總線通信中卻有十分重要的作用。

          小電阻之大作用“CAN終端電阻”
          CAN總線終端電阻,顧名思義就是加在總線末端的電阻。此電阻雖小,但在CAN總線通信中卻有十分重要的作用。
          說明: 封面.jpg
          終端電阻的作用
          CAN總線終端電阻的作用有兩個:
          一、提高抗干擾能力,確??偩€快速進入隱性狀態。
          二、提高信號質量。
          提高抗干擾能力
          CAN總線有“顯性”和“隱性”兩種狀態,“顯性”代表“0”,“隱性”代表“1”,由CAN收發器決定。圖1是一個CAN收發器的典型內部結構圖,CANH、CANL連接總線。
          說明: 終端電阻.jpg
          圖1
          總線顯性時,收發器內部Q1、Q2導通,CANH、CANL之間產生壓差;隱性時,Q1、Q2截止,CANH、CANL處于無源狀態,壓差為0。
          總線若無負載,隱性時差分電阻阻值很大,外部的干擾只需要極小的能量即可令總線進入顯性(一般的收發器顯性門限最小電壓僅500mV)。為提升總線隱性時的抗干擾能力,可以增加一個差分負載電阻,且阻值盡可能小,以杜絕大部分噪聲能量的影響。然而,為了避免需要過大的電流總線才能進入顯性,阻值也不能過小。
          確??焖龠M入隱性狀態
          在顯性狀態期間,總線的寄生電容會被充電,而在恢復到隱性狀態時,這些電容需要放電。如果CANH、CANL之間沒有放置任何阻性負載,電容只能通過收發器內部的差分電阻放電。我們在收發器的CANH、CANL之間加入一個220PF的電容進行模擬試驗,位速率為500kbit/s,波形如圖2、圖3。
          說明: 500k_HL220p_無終端1-2017-02-23-14-28-22.bmp
          圖2
          說明: 500k_HL220p_無終端2-2017-02-23-14-29-26.bmp
          圖3
              從圖3看出,顯性恢復到隱性的時間長達1.44μS,在采樣點較高的情況下勉強能夠通信,若通信速率更高,或寄生電容更大,則很難保證通信正常。
              為了讓總線寄生電容快速放電,確??偩€快速進入隱性狀態,需要在CANH、CANL之間放置一個負載電阻。增加一個60Ω的電阻后,波形如圖4、圖5。從圖中看出,顯性恢復到隱性的時間縮減到128nS,與顯性建立時間相當。
          說明: 500k_HL220p_60終端1-2017-02-23-14-31-06.bmp
          圖4
          說明: 500k_HL220p_60終端2-2017-02-23-17-41-48.bmp
          圖5
          提高信號質量
          信號在較高的轉換速率情況下,信號邊沿能量遇到阻抗不匹配時,會產生信號反射;傳輸線纜橫截面的幾何結構發生變化,線纜的特征阻抗會隨之變化,也會造成反射。
          在總線線纜的末端,阻抗急劇變化導致信號邊沿能量反射,總線信號上會產生振鈴,若振鈴幅度過大,就會影響通信質量。在線纜末端增加一個與線纜特征阻抗一致的終端電阻,可以將這部分能量吸收,避免振鈴的產生。
          我們進行了一個模擬試驗,位速率為1Mbit/s,收發器CANH、CANL接一根10m左右的雙絞線,收發器端接120Ω電阻保證隱性轉換時間,末端不加負載。末端信號波形如圖6,信號上升沿出現了振鈴。
          說明: 1M 10m_起120_終無1-2017-02-23-13-55-09.bmp
          圖6
          若雙絞線末端增加一個120Ω的電阻,末端信號波形明顯改善,振鈴消失,如圖7。
          說明: 1M 10m_起120_終120-1-2017-02-23-13-56-29.bmp
          圖7
          一般在直線型拓撲中,線纜兩端即是發送端,也是接收端,故線纜兩端需各加一個終端電阻。
          為什么選120Ω
          任何一根線纜的特征阻抗都可以通過實驗的方式得出。線纜的一端接方波發生器,另一端接一個可調電阻,并通過示波器觀察電阻上的波形。調整電阻阻值的大小,直到電阻上的信號是一個良好的無振鈴的方波,此時的電阻值可以認為與線纜的特征阻抗一致。
          大部分汽車線纜都是單線的。如果你采用兩根汽車使用的典型線纜,將它們扭制成雙絞線,就可根據上述方法得到特征阻抗大約為120Ω,這也是CAN標準推薦的終端電阻阻值。


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