CAN-bus應用筆記：節點篇

在CAN-bus電路設計中，理論上收發器支持節點數最多可做到110個，但實際應用中往往達不到這個數量。今天我們就來談談如何通過合理的CAN-bus匯流排設計，保證CAN網路中的通訊的可靠性和節點數量。

影響CAN匯流排節點數的因素

影響匯流排節點數的因素有多種，本文我們從滿足接收節點的差分電壓幅值方面來討論，只有滿足了這個前提條件，我們才能考慮匯流排的其他因素如寄生電容、寄生電感對信號的影響。

1、發送節點的CAN介面負載

為何考慮CAN介面負載？

CAN介面負載即為CANH、CANL之間的有效電阻值大小，該電阻會影響發送節點輸出的差分電壓的幅值，組網後網路中各個節點的負載電阻RL接近，如圖1我們測試了CTM1051M小體積CAN隔離模塊在不同負載下的輸出差分電壓幅值。

在負載電阻由45Ω不斷增大到66Ω時，節點的輸出差分電壓也隨著由1.84V增大到2.16V，兩者近似線性關係。為了使發送節點的輸出差分電壓不至於過低，實際組網時負載電阻應在圖1測試的範圍內波動。我們分析RL的組成有3個：終端電阻、匯流排節點的差分輸入電阻、匯流排本身的有效電阻。

終端電阻：匯流排兩端均需要增加終端電阻，當匯流排距離長時，匯流排有效電阻大，損耗大，可以適當增加終端電阻值以減小匯流排有效電阻的損耗，如150Ω~300Ω。

差分輸入電阻：ISO 11898中規定的收發器差分輸入電阻範圍為10kΩ~100kΩ之間，CTM1051M系列收發器的差分輸入電阻為19kΩ~52kΩ，其典型值為30 kΩ，如果我們以最多節點組網，按典型值考慮，則整個匯流排的差分輸入電阻會達到30 kΩ/110=273Ω，與終端電阻並聯時會顯著增加節點的負載。

匯流排有效電阻：使用較小截面積的雙絞線，其有效電阻達到幾十歐姆，長距離通信，匯流排對差分信號的影響會很大，如常用的RVS非屏蔽雙絞線的電阻從8.0Ω/km到39.0Ω/km不等。嚴重時會使接收點的電平達不到識別範圍。

差分電壓除負載電阻的影響外，還會受到供電電壓的影響，如圖2我們測試了CTM1051M模塊在不同電壓，不同負載下的差分電壓幅值，可以看到電源電壓升高0.5V，差分電壓幅值會升高約0.3V。

2、接收節點的識別電平

接收節點有一定的電平識別範圍，CTM1051M的CAN介面典型參數如表1所示。節點輸入顯性電平應大於0.9V。ISO 11898中，匯流排上的任意點的最小電平應大於1.2V，組網時我們應使差分電壓大於此值。

實際組網分析

目前收發器的最大組網節點數為110個，組網時我們考慮以上的電阻參數，確保匯流排上的差分電壓在合理的範圍內即可。

圖3為CTM1051M推薦的組網拓撲，我們要考慮匯流排電阻，終端電阻，發送點，接收點電壓參數。畫出其等效電路如圖4所示。

根據等效電路，我們可以調整的參數有終端電阻RT、發送節點電壓VOUT、匯流排有效電阻RW。

圖4中，各節點的RW、RIN難以準確確定，組網時以公式計算較為繁瑣，簡便的方法便是測量匯流排兩端的節點電壓。如網路的匯流排電阻過大時，節點1到節點n匯流排對信號的損耗會很大，當節點n接收的差分電壓低於1.2V時，需要增大終端電阻。

在使用浪涌抑制器的場合，比如在圖4的節點1和節點2之間增加SP00S12信號浪涌抑制器，其直流等效電阻為9.5Ω，可以將其等效為匯流排的有效電阻，當節點1收到的電壓過低時可通過減小匯流排有效電阻，提高節點1處的終端電阻來彌補浪涌抑制器帶來的損耗。

總結

• 無論匯流排網路長短，網路兩端都需要加終端電阻；
• 通訊距離長時，適當增加終端電阻值，減少匯流排電阻對信號的衰減，如150Ω~300Ω；
• 有強烈干擾的場合使用屏蔽雙絞線，屏蔽層單點接大地；
• 收發器CAN介面輸出的差分電平會隨著供電電壓的變化而變化，應確保供電電壓在手冊規定範圍內。

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