爲什麼ISO 11898(High speed)限制CAN最高速度是1Mbls

原因一,物理定律的限制:
保證CAN通信安全最大的特點是它的發送錯誤自監測要求:發送器將要發送的位電平與總線上檢測到的位電平進行比較。如下圖綠色字。
在這裏插入圖片描述
這使得所有發送迴路必須是帶反饋功能的。即發送節點發出一個數據位,傳播到最遠的接收節點,等待接收節點應答一個數據位,再傳播到發送端。電信號在這個迴路上傳播是有時間的。物理學研究結果,銅線中的電信號傳播速度大約爲2.310(8次方)m/s。
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那麼,對於40米長的電纜,來回有
5ns/m × 40m × 2 = 400ns
*的延遲,加上***1.25倍***的設計餘量,就是**400ns1.25=500ns***,
也就是最大2Mbps。如果是20米長的電纜,最大4Mbps。但是電纜太短,通信系統的空間規模就越小。考慮CAN的使用環境,最大按40ms設計。
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原因二:時鐘源振盪器的頻率的限制,
按設計tbit=8Tq,最小的PSEG1=2, PSEG2=2, PTS=4tbit計算,如果最大波特率1MHz, 振盪器頻率≥8×1MHz= 8MHz。如果最大波特率2MHz, 振盪器頻率≥8×2MHz=16MHz。可見,波特率要求越高,時鐘源振盪器頻率也要越高。

原因三:時鐘源振盪器頻率的誤差的限制,
一項新技術能否普及,成本是很關鍵的因素。爲了節省線纜成本,CAN通信採用異步傳輸方式,時鐘信號由網絡上每個ECU自己承擔。爲了保證收發時序的同步,所有時鐘信號的頻率誤差必須在一定範圍內。理論上,通信速率越高,每個位的時間越短,則時鐘頻率也要越高,且誤差越小。首先,CAN在設計之初就排除了頻率誤差較大的RC振盪器(誤差在1%以上)。剩下的有陶瓷諧振器和晶體諧振器(俗稱晶振),晶振的頻率誤差更低但是價格也貴。

“石英晶體振盪器的核心元件是石英晶體諧振器。陶瓷振盪器的核心元件是陶瓷諧振器。石英晶體諧振器的頻率穩定度高達百萬分之幾(ppm),做成振盪器其頻率穩定度可達-6量級。如果是溫補振盪器也可達-7量級。如果是恆溫振盪器可做到-8~-9量級,多層恆溫振盪器更可達到-9量級。做爲系統時鐘,可以達到幾百年不差一秒。用作導彈或航天中,可作到飛行上萬公里,誤差不到一米。而陶瓷諧振器頻率穩定度只有千分之幾。與石英晶體諧振器比顯然差了很多。但陶瓷諧振器的特點是起振容易,且價格低廉。用在對時鐘要求不太高的電路中比石英晶體諧振器在性價比上有優勢。”

根據ISO11898-1-2003標準描述,選用N位填充時,頻率誤差df公式如下,
式1),分母中的13意思是選擇5位填充,2*(N+1)+1=2*(5+1)+1。
可見填充位的位數N越大,對振盪器的精度要求越高。
分析一下:
設計tbit=8Tq,最小的PSEG1=2, PSEG2=2, PTS=4,
帶入公式1,df≤2/(2*(13*8-2)=0.98%=9800ppm。
可見,對於這個誤差陶瓷諧振器完全滿足。
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原因四: 總線傳輸延遲的考慮
在第一個原因裏只考慮了總線上信號的傳播延遲,事實上發送單元,接收單元的芯片處理信號本身也要時間。則按照單程
5ns/m × 40m = 200ns的時間還不夠。按照傳播延遲通常有2個Tq考慮,tbit=8Tq,最小的PSEG1=2, PSEG2=2, PTS=4,
對於1Mbps, Tq=125us, 2Tq=250us
對於2Mbps, Tq=62.5us,2Tq=125us
顯然,1MHz的波特率能覆蓋住這個傳輸延遲時間。

以下,ISO11898-5-2007標準限制了這個最大時間是255ns。
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以上四個原因說明了,CAN2.0 最大波特率是1Mbps

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