CAN總線的物理層分析(三)

一、CAN拓撲網絡

連接在CAN總線上的設備叫做節點設備(CAN Node),CAN網絡的拓撲一般爲線型。線束最常用的是雙絞線,線上傳輸爲對稱的差分電平信號。下圖爲CAN總線網絡示意圖,節點主要包括Host、控制器和收發器。Host常集成有CAN控制器,CAN控制器負責處理協議相關功能,以減輕Host的負擔。CAN收發器將控制器連接到傳輸媒介。通常控制器和總線收發器通過光耦或磁耦隔離,這樣即使總線上過壓損壞收發器,控制器和Host設備也可以得到保護。

在發送數據時,CAN控制器把要發送的二進制編碼通過CAN_Tx線發送到CAN收發器,然後由收發器把這個普通的邏輯電平信號轉化成差分信號,通過差分線CAN_High和CAN_Low輸出到CAN總線網絡。接收數據過程,相反。採用差分信號,可以取得更好的電磁兼容效果。因此,CAN總線物理傳輸媒介只需要兩根線。

高速CAN總線最高信號傳輸速率爲1Mbps,支持最長距離40m。ISO11898-2要求在高速CAN總線兩段安裝端接電阻RL(端接電阻一般爲120Ω,因爲電纜的特性阻抗爲120Ω,爲了模擬無限遠的傳輸線。)以消除反射。低速CAN最高速度只有125Kbps,所以ISO11898-3沒有端接要求。

因爲傳輸距離越大,信號時延也越大,爲了保證消息的正確採樣,總線上的信號速率相應也要下降。下圖是推薦的信號速率與距離的關係。

 

二、CAN收發器

CAN總線分高速CAN和低速CAN,收發器也分爲高速CAN收發器(1Mbps)和低速CAN收發器(125Kbps)。低速CAN也叫Fault Tolerance CAN,指的是即使總線上一根線失效,總線依然可以通信。如同串口中的MAX3232用作電平轉換,CAN收發器的作用則是把邏輯信號轉換爲差分信號。

差分信號

CAN總線採用差分信號傳輸,通常情況下只需要兩根信號線就可以進行正常的通信。在差分信號中,邏輯0和邏輯1是用兩根差分信號線的電壓差來表示。當處於邏輯1,CAN_High和CAN_Low的電壓差小於0.5V時,稱爲隱性電平(Recessive);當處於邏輯0,CAN_High和CAN_Low的電壓差大於0.9V,稱爲顯性電平(Dominant)。

高速CAN

低速容錯CAN (Fault Tolerance CAN)

CAN總線遵從“線與”機制:“顯性”位可以覆 蓋“隱性”位;只有所有節點都發 送“隱性”位, 總線才處於“隱性” 狀態。這種“線與”機制使CAN總線呈現顯性優先的特性。

 

三、CAN總線連接器

 

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