CAN总线终端电阻为何选择120Ω：作用与原理分析

CAN总线是一种广泛应用的串行通信协议，尤其在汽车电子和工业自动化领域。在CAN总线设计中，终端电阻的选择是至关重要的，因为它们直接影响着总线的稳定性和通信效率。标准推荐的终端电阻阻值为120Ω，这个数值的确定基于多个因素。 首先，CAN总线终端电阻的主要作用是提高总线的抗干扰能力和信号质量。当总线处于隐性状态（即逻辑1）时，由于没有节点驱动显性状态，总线呈现高阻态。如果没有终端电阻，外部噪声可能轻易改变总线状态，导致误触发。120Ω的终端电阻有助于吸收这种噪声，确保总线能快速稳定在隐性状态。此外，终端电阻还能减小信号反射，尤其是在长距离传输中，避免因信号反射产生的信号失真，从而提高信号质量。 CAN总线的通信基于差分信号，即CANH和CANL两条线之间的电压差。当总线处于显性状态（逻辑0）时，CAN收发器内部的晶体管Q1和Q2导通，产生电压差；而在隐性状态时，Q1和Q2截止，总线进入无源状态。终端电阻在这个过程中起到了关键作用，它们与总线的寄生电容一起决定总线从显性到隐性转换的速度。如果没有合适的终端电阻，总线从显性状态恢复到隐性状态会非常慢，这在高速通信中可能导致数据丢失。 例如，如果总线上没有终端电阻，或者阻值过大，那么在从显性状态回到隐性状态时，总线的寄生电容放电会很慢。根据实验，如果位速率较高，如500kbit/s，且总线上存在220pF的寄生电容，那么从显性到隐性的过渡时间可能长达1.44μS，这在高速通信中可能导致通信失败。而添加了适当的终端电阻，如60Ω，可以显著减少这个时间，从而保证总线能迅速稳定到隐性状态，确保通信的可靠性。 因此，120Ω的终端电阻是在平衡噪声抑制、信号反射抑制和功耗之间找到的最佳值。它既足够大以吸收噪声，又足够小以保证总线快速切换状态，同时不会引入过大的电流需求。需要注意的是，实际应用中，CAN总线的终端电阻应均匀分布在总线的两个端点，以确保最佳的信号完整性。 CAN总线终端电阻的设置是系统设计中的重要环节，120Ω的阻值是经过广泛验证和标准推荐的选择，它能有效保证CAN总线的稳定性和通信效率。在设计和调试CAN总线系统时，必须考虑到终端电阻的影响，并进行适当的调整和测试，以确保系统的可靠运行。