can終端電阻

CAN終端電阻
1.  終端電阻是爲了消除在通信電纜中的信號反射,在通信過程中,有兩種原因導致信號反射:阻抗不連續和阻抗不匹配。 
    阻抗不連續,信號在傳輸線末端突然遇到電纜阻抗很小甚至沒有,信號在這個地方就會引起反射。這種信號反射的原理,與光從一種媒質進入另一種媒質要引起反射是相似的。消除這種反射的方法,就必須在電纜的末端跨接一個與電纜的特性阻抗同樣大小的終端電阻,使電纜的阻抗連續。由於信號在電纜上的傳輸是雙向的,因此,在通訊電纜的另一端可跨接一個同樣大小的終端電阻。
    引起信號反射的另外一個原因是數據收發器與傳輸電纜之間的阻抗不匹配。這種原因引起的反射,主要表現在通訊線路處在空閒方式時,整個網絡數據混亂
    爲了提高網絡節點的拓撲能力,CAN總線兩端需要接有120Ω的抑制反射的終端電阻, 它對匹配總線阻抗起着非常重要的作用,如果忽略此電阻,會使數字通信的抗干擾性和可靠性大大降低,甚至無法通信。C


2.   阻抗指的是電阻加電抗,阻抗是電阻和電抗在向量上的和,阻抗匹配主要是用於傳輸線上所有的高頻信號都能傳輸至負載點的目的,不能有信號反射會發射點,提升傳輸能源效率。當某個電源的內阻等於其負載時,輸出功率最大,則爲阻抗匹配,如爲高頻信號,則爲無反射波。阻抗匹配是指在能量傳輸時,要求負載阻抗要和傳輸線的特徵阻抗相等,此時的傳輸不會產生反射,表明所有能量都被負載吸收了.反之則在傳輸中有能量損失。
  阻抗匹配有串聯終端匹配和並聯終端匹配,串聯終端匹配是信號源端阻抗低於傳輸線特徵阻抗的情況下采用,在信號源與傳輸線上串接一個電阻,使得信號源的輸出阻抗和傳輸線的特徵阻抗相匹配,抑制負載端反射回來的信號發生再反射。並聯終端匹配是在信號源端阻抗很小的情況下,通過增加並聯電阻使負載端輸入阻抗與傳輸線的特徵阻抗相匹配,達到消除負載端反射的目的。
  並聯終端匹配分爲單電阻和雙電阻,RS-485總線終端匹配多采用的是雙電阻並聯終端匹配,如採用單電阻方式,負載端並聯電阻值與傳輸線的特性阻抗相等或相近,那樣靜態電流將會很大,對電流驅動能力要求很高,很少採用。雙電阻並聯終端匹配由於是兩電阻並聯值與傳輸線的特性阻抗相等或相近,每個電阻都比傳輸線的特徵阻抗大,對電流的要求不高。但是,並聯終端匹配不管是單電阻還是雙電阻總歸是會帶來直流功耗,降低總線負載能力。一般485總線傳輸線的特徵阻抗爲120歐姆,採用兩個120歐姆電阻作爲485總線的終端匹配電阻,具體連接方式是首尾各接一個,並聯於485正負上。由於485總線並聯電阻會導致直流功耗,一般建議在傳輸距離不超過300米,傳輸速率較低的情況下不要接終端電阻,只有在傳輸有信號反射,導致通信不穩定的情況下才加以考慮接終端電阻。


問題: 缺少適當的總線終端電阻(或者根本就缺少總線終端電阻)會導致什麼樣的錯誤或者通信問題?

解答:
CAN總線ISO 11898協議規定,CAN總線必須在網絡的兩端,通常是網絡主控制器和網絡最遠端的節點之間安裝合適的總線終端電阻(在位於DB-9接口的第2和第7引腳的CAN_H和 CAN_L信號線之間安裝一個120歐姆的電阻)。詳細請參考相關鏈接部分“爲NI-CAN硬件安裝合適的終端電阻”,更爲詳細地瞭解如何爲NI-CAN網絡安裝終端電阻。 在沒有安裝合適的終端電阻的情況下,通信可能會出現下面非預期的行爲:


在低波特率的情況下能夠正確通信,但是在波特率較高時會出錯(具體出錯的波特率的值取決於一系列因素,包括CAN網絡長度、數據幀上攜帶的數據----它能夠改變具體傳輸的最高頻率以及網絡附近的電磁干擾等等)。下表中的測試總結詳細描述了這種情況:
CAN波特率 - 終端電阻測試
波特率 線纜安裝合適的終端電阻? 端口間傳輸正確?
1M 是 是
1M 否 否
125K 是 是
125K 否 有時
40K 是 是
40K 否 是
值得注意的是,在安裝了合適的終端電阻的情況下,通信總是正常的。但是在40K較低的波特率下,通信仍然是正常的,因此這點是不符合CAN ISO 11898規範的地方。

CAN錯誤 - Form錯誤、CRC錯誤、Bit錯誤、Stuff錯誤和其他由於不合適終端電阻所導致的錯誤。如果出現這些錯誤,則請按照附件中的知識庫文章來檢驗是否安裝了合適的終端電阻。更多短語CAN錯誤的信息,請參考相關鏈接一欄中的NI-CAN硬件和軟件用戶手冊(附錄B包含了一個CAN標準的總結,幷包含一個叫“CAN錯誤檢測與約束”,該章節詳細描述了CAN錯誤)。
Stuff錯誤就是一個可以用沒有合適的終端電阻來解釋的CAN錯誤(這個錯誤在CAN ISO 11898規範中進行了定義)。 當總線上連續出現6位相同的數據時,就會發生Stuff錯誤。當發送器件檢測到連續5位相同的數據時,就會自動在數據流後面插入一個完成停止位,這個位會被所有的接收器件檢測到並自動去除掉。這個填充位的策略能夠保證數據流中有足夠的信號沿,從而保證同一個數據幀中的數據同步。如果接收器件檢測到連續6位相同的數據位,那麼一定是由於同步丟失,導致接收到的數據與發送的數據不相同。而在沒有合適的終端電阻的情況下,就會發生這樣的事情,數據幀中的某些數據能夠正確地接收和發送,而在接收的CAN接口處,整個幀(或者數據幀的完整性)沒有正確的保持和被接收。 出現這種情況的原因是,一般來說CAN網絡定義傳輸線,根據傳輸線理論,如果在接收端沒有合適的終端電阻,那麼足夠高頻率的信號在執行長度的傳輸線上是不能正確被傳輸的。這裏的終端電阻一般指網絡匹配,該負載一般選擇使傳輸功率最大,並且其值等於網絡端口阻抗共軛值(這裏指的是接收端的CAN接口,實際上,考慮到噪聲和其他影響,許多應用中常使用不一樣的終端電阻)。 

值得慶幸的是,在CAN ISO 11898規範中,已經將整個CAN網絡的終端電阻簡化爲在網絡兩端安裝兩個120歐姆的電阻(就如同第一部分描述的一樣,這完全符合CAN標準)。

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