【導讀】在進(jìn)行CAN總線(xiàn)通信前，應保證正確的總線(xiàn)配置，比如終端電阻。它是影響總線(xiàn)通信的重要組件，下面我們不考慮信號的完整性，只從信號幅度和時(shí)間常數方面分析不加終端電阻時(shí)的影響。
終端電阻添加要求
根據ISO11898-2對終端電阻的取值規定，必須在總線(xiàn)的首尾兩端各掛一個(gè)120Ω的終端電阻，即總線(xiàn)上加60Ω的終端電阻，而中間節點(diǎn)則不需要掛終端電阻，如圖1所示。
圖1 終端電阻
不加終端電阻時(shí)的影響
如圖2所示，假如我們按照ISO11898標準要求，使用CANScope測試時(shí)，加上60Ω的終端電阻，然后以250Kbps的波特率自發(fā)自收數據，可以看到報文可以正常發(fā)送，且關(guān)聯(lián)的波形也正常。
圖2 加終端電阻CANScope自發(fā)自收現象
假如CANScope在不加終端電阻的時(shí)候，以250Kbps的波特率自發(fā)自收數據，如圖3所示，發(fā)送的數據都是幀ID錯誤，且關(guān)聯(lián)的波形也出現異常。
圖3 未加終端電阻CANScope自發(fā)自收現象
對于報文數據，從關(guān)聯(lián)的波形數據可以看到，上升沿沒(méi)有任何問(wèn)題，但是下降沿相對于加終端電阻的波形緩慢很多，一直未達到隱性狀態(tài)，這些是為什么呢？下面我們對其進(jìn)行一一的解析。
1、為什么影響下降沿？
眾所周知，CAN總線(xiàn)的傳輸方式是差分傳輸方式，而總線(xiàn)電平的判斷，就是CAN收發(fā)器根據CANH和CANL線(xiàn)纜之間的差分電壓（CANH-CANL）來(lái)判斷的，總線(xiàn)上傳輸的電平信號只有兩種可能，一是顯性電平，二是隱性電平，其中顯性電平代表邏輯0，隱性電平代表邏輯1。
首先我們看一下CAN收發(fā)器的內部結構，如圖4所示：
圖4 CAN收發(fā)器內部結構
當總線(xiàn)電平為顯性時(shí)，收發(fā)器內部的Q1、Q2處于導通狀態(tài)，此時(shí)CANH、CANL之間會(huì )產(chǎn)生壓差；當總線(xiàn)電平為隱性時(shí)，收發(fā)器內部的Q1、Q2處于截止狀態(tài)，此時(shí)CANH、CANL處于無(wú)源狀態(tài)，壓差為0。所以當隱性狀態(tài)變?yōu)轱@性狀態(tài)（上升沿）時(shí)，主要由收發(fā)器中的驅動(dòng)模塊作用，當顯性狀態(tài)變?yōu)殡[性狀態(tài)（下降沿）時(shí)，是通過(guò)整條總線(xiàn)與終端電阻放電產(chǎn)生的，所以總線(xiàn)的終端電阻是影響下降沿緩慢程度的主要物理因素。
2、下降沿為什么遲遲達不到隱性狀態(tài)？
前面提到，下降沿緩慢程度，受終端電阻的影響，是如何影響的，那這就和時(shí)間常數τ有關(guān)系了。我們知道，時(shí)間常數可由電容（C）和負載電阻（R）確定，即τ=RC，所以當總線(xiàn)上無(wú)終端電阻時(shí)，CANH和CANL之間的阻值很大，例如CANScope，在未加終端電阻時(shí)，測量的電阻值，約91KΩ左右，所以根據時(shí)間常數的公式，τ值會(huì )很大，所以無(wú)法快速消耗掉總線(xiàn)上寄生電容上的電能，從而導致下降沿緩慢，遲遲達不到隱性狀態(tài)。
圖5 RC電路
3、為什么會(huì )產(chǎn)生錯誤幀？
如圖6所示，是圖3對應的示波器截圖，從圖中看出，當光標區域的ΔX為一個(gè)位，即4us時(shí)，差分信號在光標B處的電壓YB為3.341V，遠高于CAN規范中的隱性電平判斷上限值0.5V，顯性電平判斷下限值0.9V，所以此時(shí)的位被判斷為顯性位，而又由于時(shí)間常數遠大于250Kbps波特率下的位時(shí)間，所以會(huì )有超過(guò)5個(gè)位被判斷為顯性位，從而破壞了CAN規范中的填充規則，出現了幀ID填充錯誤。
圖6 250Kbps波特率波形細節
為了加深對錯誤幀產(chǎn)生原因的了解，我們舉一個(gè)反例，看位時(shí)間遠大于無(wú)終端電阻情況下的時(shí)間常數時(shí)，會(huì )出現什么樣的現象。
下面以CANScope不加終端電阻，波特率為10Kbps進(jìn)行自發(fā)自收為例，如圖7所示，CANScope報文列表中，無(wú)錯誤幀產(chǎn)生。通過(guò)觀(guān)察同步的示波器截圖，如圖8所示，光標區域ΔX為45.6us時(shí)，差分信號在光標B處的電壓YB為0.4813V，又由于CANScope默認的采樣點(diǎn)是75%在光標區域之后，所以此時(shí)可正常判斷該位為隱性，從而不會(huì )導致錯誤幀的產(chǎn)生。
圖7 10Kbps波特率發(fā)送報文
圖8 10Kbps波特率波形細節
終端電阻添加的方法
在使用CANScope作為測量設備時(shí)，除了用戶(hù)自己外部添加終端電阻的方法外，還可以通過(guò)軟件配置給被測節點(diǎn)或網(wǎng)絡(luò )添加終端電阻，其添加的方法，會(huì )根據不同的PORT頭配件，選擇不同的配置方法。當使用標配件P8251T、P1040T時(shí)，勾選圖9中的啟用終端電阻，即可在總線(xiàn)上添加120Ω的終端電阻；當選配件使用StressZ時(shí)，如圖10中的RHL，可根據需要設置對應的終端電阻。
圖9 標配件P8251T、P1040T終端電阻設置
圖10 選配件StressZ終端電阻設置
來(lái)源：ZLG致遠電子
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