CAN总线物理层特性详细分析

CAN总线物理层特性详细分析

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/MANONGDKY/article/details/143512600

CAN总线（Controller Area Network Bus）是由BOSCH公司开发的一种简洁易用、传输速度快、易扩展、可靠性高的串行通信总线，广泛应用于汽车、嵌入式、工业控制等领域。下图是车载网络的构想示意图：

CAN控制器根据两根通信线（CAN_H、CAN_L）上的电位差来判断总线电平（差分信号）。总线电平分为显性电平（逻辑0）和隐性电平（逻辑1），二者必居其一。发送方通过使总线电平发生变化，将消息发送给接收方。

CAN总线是：异步，半双工。其无需时钟线，通信速率由设备各自约定，并且由于其半双工通信可挂载多设备，多设备同时发送数据时通过仲裁判断先后顺序。

CAN总线的传输方式：广播式和请求式。

广播式传输方式，你可以理解为一个人拿着大喇叭分配工作（发送方发送数据），其他人都可以听到这个喇叭喊话的声音（接收方接收数据），如果此时喇叭喊“张三”（报文ID），那么张三会站出来（响应）。

请求式传输方式，也有一个人才分配工作，不过这个人不想拿着大喇叭主动吆喝别人过来（不主动发送数据），而是假如李四过来问能不能给我分配一个工作（接收方先请求），分配工作的人说可以，即可对李四分配工作（发送方发送数据）。

在了解CAN总线的硬件电路之前我们先回顾一下其他通信协议：

对于CAN总线的硬件电路，每个设备通过CAN收发器挂载在CAN总线网络上，CAN控制器引出的TX和RX与CAN收发器相连，CAN收发器引出的CAN_H和CAN_L分别与总线的CAN_H和CAN_L相连。CAN总线可分为高速CAN总线和低速CAN总线。

高速CAN使用闭环网络，CAN_H和CAN_L两端添加120Ω的终端电阻，数据传输速率125k~1Mbps，传输距离小于40m：

其中两个120Ω终端电阻的作用：
①防止回波反射，使波形更平稳；若是不加中断电阻，反射波形可能如褐色所示，加入中断电阻如紫色所示：
②在没有设备操作时，使电压“收紧”，使其电压一致。这里的原理可以类比IIC通信的上拉电阻

CAN总线是差分信号，所以终端电阻可以在没有设备操作时将两根线“收紧”至电压一致状态，代表就是默认的逻辑电平“1”，当设备想要“0”时，就去把总线拉开，当设备想要“1”时，就不去碰总线，在终端电阻的作用下，自动恢复到“1”：

低速CAN使用开环网络，CAN_H和CAN_L其中一端添加2.2kΩ的终端电阻，数据传输速率10k~125kbps，传输距离小于1Km：

CAN总线采用差分信号，即两线电压差（-）传输数据位，前面我们也了解了，CAN总线的信号分为高速和低速两种：

对于高速CAN规定：

• 压差为0V时表示逻辑1（隐性电平）
• 电压差为2V时表示逻辑0（显性电平）

对于这里的显隐性对应的逻辑状态可能会有人不解，因为通常情况下，我们应该显性对应1，隐性对应0，但是这里为什么反着来了呢？
这里主要是因为显性和隐性所表示的是总线的收紧状态，前面我们了解到CAN总线的默认状态是CAN_L和CAN_H两条总线收紧状态，不需要设备干预所以是隐性电平，又知道总线收紧时其所对应的电平状态为逻辑电平“1”，而总线张开，需要设备干预所以为显性电平，又知道总线张开时所对应的逻辑电平“0”，因此会出现隐性电平和逻辑“1”绑定，显性电平和逻辑“0”绑定。
简单点来说，显性电平和隐性电平表示的是总线的状态，而定义“0”和“1”是为了和电路约定俗成的规则相对应。

对于低速CAN规定：

• 电压差为-1.5V时表示逻辑1（隐性电平）
• 电压差为3V时表示逻辑0（显性电平）

其数据手册引脚介绍：

物理层特性：