Сопротивление выводов шины CAN обычно составляет 120 Ом. Фактически, при проектировании используются два цепочечных резистора по 60 Ом, а на шине обычно два узла по 120 Ом. По сути, те, кто немного знаком с шиной CAN, знают об этом. Все это знают.
Сопротивление выводов шины CAN оказывает три эффекта:
1. Улучшить помехоустойчивость, дать возможность сигналу высокой частоты и низкой энергии проходить быстрее;
2. Обеспечить быстрый переход шины в скрытое состояние, благодаря чему энергия паразитных конденсаторов будет уходить быстрее;
3. Улучшите качество сигнала и разместите его на обоих концах шины, чтобы уменьшить энергию отражения.
1. Улучшение помехоустойчивости
Шина CAN имеет два состояния: «явное» и «скрытое». «Выразительное» соответствует «0», «скрытое» — «1» и определяется CAN-приёмопередатчиком. На рисунке ниже представлена типичная схема внутренней структуры CAN-приёмопередатчика и соединительных шин Canh и Canl.
Когда шина явная, внутренние Q1 и Q2 включены, и между банкой и банкой существует разница давлений; когда Q1 и Q2 отключены, Canh и Canl находятся в пассивном состоянии с разницей давлений 0.
При отсутствии нагрузки на шине значение сопротивления, создаваемое разницей во времени, очень велико. Внутренний МОП-транзистор находится в состоянии с высоким сопротивлением. Внешним помехам требуется очень малая энергия для входа шины в явное состояние (минимальное напряжение общей части приёмопередатчика – всего 500 мВ). В то же время, при наличии дифференциальной помехи на шине возникнут явные флуктуации, которым негде будет поглощаться, что создаст явное состояние на шине.
Таким образом, для повышения помехоустойчивости скрытой шины можно увеличить дифференциальное сопротивление нагрузки, максимально уменьшив его значение, чтобы предотвратить воздействие большей части энергии помех. Однако, чтобы избежать попадания чрезмерного тока в явную шину, сопротивление не должно быть слишком малым.
2. Обеспечить быстрый переход в скрытое состояние
В явном состоянии паразитный конденсатор шины будет заряжаться, и эти конденсаторы необходимо разрядить при возвращении в скрытое состояние. Если между выводами CANH и Canl не установлено резистивной нагрузки, ёмкость может быть заполнена только дифференциальным сопротивлением внутри приёмопередатчика. Это сопротивление относительно велико. Согласно характеристикам цепи RC-фильтра, время разряда будет значительно больше. Для аналогового тестирования мы добавляем конденсатор ёмкостью 220 пФ между выводами Canh и Canl приёмопередатчика. Скорость передачи данных составляет 500 кбит/с. Форма сигнала показана на рисунке. Спад этого сигнала представляет собой относительно продолжительное состояние.
Для быстрого разряда паразитных конденсаторов шины и обеспечения быстрого перехода шины в скрытое состояние необходимо установить нагрузочное сопротивление между CANH и Canl. После добавления резистора сопротивлением 60 Ом осциллограммы показаны на рисунке. Из рисунка видно, что время возврата явного сигнала в состояние спада сокращается до 128 нс, что эквивалентно времени установления явного сигнала.
3. Улучшить качество сигнала
При высоком уровне сигнала и высокой скорости преобразования энергия фронта сигнала будет вызывать отражение сигнала при несоответствии импеданса; геометрическая структура поперечного сечения кабеля передачи изменяется, характеристики кабеля также изменятся, и отражение также вызовет отражение. Суть
При отражении энергии волна, вызывающая отражение, накладывается на исходную волну, что и приводит к появлению колоколов.
На конце кабеля шины быстрые изменения импеданса вызывают отражение энергии фронта сигнала, что приводит к генерации сигнала шины. Если этот сигнал слишком велик, это влияет на качество связи. На конце кабеля можно установить оконечный резистор с тем же импедансом, что и характеристики кабеля, который может поглотить эту часть энергии и предотвратить генерацию сигнала.
Аналоговый тест был проведён другими людьми (фотографии скопированы мной). Скорость определения местоположения составляла 1 Мбит/с, приёмопередатчики Canh и Canl были подключены к витой паре длиной около 10 м, а транзистор был подключён к резистору 120 Ом для обеспечения скрытого времени преобразования. Нагрузка на конце не использовалась. Форма сигнала в конце показана на рисунке, а нарастающий фронт сигнала отображается в виде колокола.
Если в конце витой пары добавить резистор сопротивлением 120 Ом, то форма конечного сигнала значительно улучшится, а звонок исчезнет.
Как правило, в прямолинейной топологии оба конца кабеля являются передающим и принимающим. Поэтому необходимо добавить по одному терминальному сопротивлению на каждом конце кабеля.
В реальных условиях эксплуатации шина CAN, как правило, не является идеальной шиной. Зачастую она представляет собой смешанную структуру шинного и звездообразного типов. Стандартная структура аналоговой шины CAN.
Почему стоит выбрать 120 Ом?
Что такое импеданс? В электротехнике сопротивление току в цепи часто называют импедансом. Единицей измерения импеданса является Ом, который часто используется в формуле Z, представляющей собой множественное число z = r + i (ωl – 1/(ωc)). В частности, импеданс можно разделить на две составляющие: активное сопротивление (действительную часть) и электрическое сопротивление (виртуальную часть). Электрическое сопротивление также включает в себя ёмкость и сопротивление, создаваемое конденсаторами. Ток, создаваемый индуктивностью, называется ёмкостью, а ток, создаваемый индуктивностью, – сопротивлением, создаваемым индуктивностью. В данном случае импеданс относится к форме Z.
Характеристическое сопротивление любого кабеля можно определить экспериментально. На одном конце кабеля находится генератор прямоугольных импульсов, а на другом – регулируемый резистор, и форма сигнала на сопротивлении регистрируется с помощью осциллографа. Регулируйте сопротивление до тех пор, пока сигнал на сопротивлении не станет прямоугольным, без резонанса, что обеспечивает согласование импеданса и целостность сигнала. В этом случае значение сопротивления можно считать соответствующим характеристикам кабеля.
Используя два типичных кабеля, используемых в двух автомобилях, скрутите их в витые линии. Импеданс характеристики, полученный описанным выше способом, составит около 120 Ом. Это сопротивление также соответствует сопротивлению оконечной нагрузки, рекомендованному стандартом CAN. Поэтому оно не рассчитывается на основе фактических характеристик линейного пучка. Конечно, в стандарте ISO 11898-2 есть определения.
Почему мне нужно выбрать 0,25 Вт?
Это необходимо учитывать в сочетании с некоторыми состояниями неисправности. Все интерфейсы автомобильного ЭБУ должны учитывать короткое замыкание на питание и на массу, поэтому необходимо также учитывать короткое замыкание на источник питания шины CAN. Согласно стандарту, необходимо учитывать короткое замыкание на 18 В. Если предположить, что CANH закорочен на 18 В, ток будет протекать через сопротивление выводов в Canl, и, следовательно, мощность резистора 120 Ом составляет 50 мА * 50 мА * 120 Ом = 0,3 Вт. Учитывая уменьшение мощности при высокой температуре, мощность сопротивления выводов составляет 0,5 Вт.
Время публикации: 08 июля 2023 г.
