CAN总线网络中为什么需要安装终端电阻？

在详解CAN总线：高速CAN总线和低速CAN总线的特性文章中，高速CAN网络和低速CAN网络都需要安装终端电阻。

高速CAN网络需要在CAN_H和CAN_L加终端电阻，电缆上的终端电阻应与电缆的标称阻抗相匹配，终端匹配电阻一般为120Ω，每个终端电阻应能消耗0.25W的功率（标准来源：ISO 11898-2:2003）。

低速CAN网络的终端电阻数值不固定，Philips建议低速CAN网络，一个整体的RTH和RTL终端电阻为100Ω到500Ω（每个）。整个网络终端电阻可以确定如下公式：

为什么CAN总线网络中为什么需要安装终端电阻？主要有3方面原因：

提高抗干扰能力，让高频低能量的信号迅速走掉；

确保总线快速进入隐性状态，让寄生电容的能量更快走掉；

提高信号质量，放置在总线的两端，让反射能量降低。

1、提高抗干扰能力

CAN总线上的信号区分“显性”和“隐性”两种状态，“显性”对应二进制的“逻辑0”，“隐性”对应二进制的“逻辑1”。“显性”或“隐性”由CAN收发器决定，下图为一款CAN收发器内部逻辑框图：

总线“显性”时，收发器内部Q1、Q2导通，CANH、CANL之间产生压差；“隐性”时，Q1、Q2截止，CANH、CANL处于无源状态，压差为0。

总线负载时，“隐性”时差分电阻阻值很大，外部的干扰只需要极小的能量即可令总线进入“显性”（一般的收发器显性门限最小电压仅500mV，压差为500mV时，总线就判断为“显性”）。总线上有差模干扰时，总线上就会有明显的波动，而这些波动没有地方能够吸收掉他们，就会在总线上创造一个显性位出来。

所以为提升总线隐性时的抗干扰能力，可以增加一个差分负载电阻，且阻值尽可能小，以杜绝大部分噪声能量的影响。然而，为了避免需要过大的电流总线才能进入“显性”，阻值也不能过小。

2、确保总线尽快进入隐性状态

由于总线上不可避免的存在寄生电容，CAN总线数据传输时，“隐性”和“显性”状态变化会对寄生电容进行充电和放电，若总线中无阻性负载，信号波形会出现“缓慢变化”的过程。如下图所示：

将上图放大后可发现显性恢复到隐性的时间长达1.44μS。在采样点较高的情况下勉强能够通信，若通信速率更高，或寄生电容更大，则很难保证通信正常。如下图所示：

为了让总线寄生电容快速放电，确保总线快速进入隐性状态，需要在CANH、CANL之间放置一个负载电阻。

增加一个60Ω的电阻后，从上图中看出，显性恢复到隐性的时间缩减到128nS，与显性建立时间相当。

由以上的波形对比可发现，终端电阻会使总线更快的在“显性”和“隐性”状态间变化。

3、吸收反射的信号，提高信号质量

信号在较高的转换速率情况下，信号当信号遇到阻抗变化时，会产生信号反射；传输线缆横截面的几何结构发生变化，线缆的特征阻抗会随之变化，也会造成反射。反射的信号则会返回来影响质量，在总线上产生“振铃”，如下图所示：

若“振铃”信号过大，就会影响信号质量，甚至造成总线数据传输错误。

在线缆末端增加一个与线缆特征阻抗一致的终端电阻，可以将反射信号的能量吸收，避免振铃的产生，如下图所示：