高速CAN總線和低速CAN總線的特性

在ISO 11898-2和ISO 11898-3中分別規(guī)定了兩種CAN總線結(jié)構(gòu)（在BOSCH CAN2.0規(guī)范中，并沒有關(guān)于總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的說明）：高速CAN總線和低速CAN總線，區(qū)別表如下所示：

本篇博文將詳細(xì)介紹兩者的特性和區(qū)別。

1高速CAN總線

ISO 11898-2中定義了通信速率為125Kbps～1Mbps的高速閉環(huán)CAN通信標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)通信總線長度≤40米，最大通信速率可達(dá)到1Mbps，高速閉環(huán)CAN（高速CAN）通信如下圖所示：

1.1、電氣特性

高速CAN總線上為顯性電平（邏輯0）時，CAN_H為3.5V、CAN_L為1.5V，此時電壓差是2V，顯性狀態(tài)的CAN總線電壓范圍如下圖（標(biāo)準(zhǔn)來源：ISO 11898-2:2006）所示：

高速CAN總線上為隱性電平（邏輯1）時，CAN_H和CAN_L都為2.5V，此時電壓差就是0V，隱性狀態(tài)的CAN總線電壓范圍如下圖（標(biāo)準(zhǔn)來源：ISO 11898-2:2006）所示：

1.2、終端電阻

高速CAN線需要在CAN_H和CAN_L加終端電阻，電纜上的終端電阻應(yīng)與電纜的標(biāo)稱阻抗相匹配，終端匹配電阻一般為120Ω，每個終端電阻應(yīng)能消耗0.25W的功率（標(biāo)準(zhǔn)來源：ISO 11898-2:2003）。

如果高速CAN傳輸線路沒有終止，線路上的每個信號變化都會導(dǎo)致反射，這可能會導(dǎo)致通信故障。由于通信在CAN總線上雙向流動，因此CAN要求終止電纜的兩端。然而，這一要求并不意味著每個設(shè)備都應(yīng)該有一個終端電阻。如果沿電纜放置多個設(shè)備，只有電纜末端的設(shè)備應(yīng)該有終端電阻。放置終端電阻位置如下所示：

1.3、總線長度

高速CAN總線，總線長度最大為40m，當(dāng)總線長度超過40m后，總線的速率會受到影響。支線長度（節(jié)點(diǎn)和總線之間的距離）最長為0.3m，支線節(jié)點(diǎn)距離長度最大也是40m（標(biāo)準(zhǔn)來源：ISO 11898-2:2003）。

1.4、布線電纜

高速CAN總線電纜應(yīng)滿足ISO11898中規(guī)定的物理介質(zhì)要求，如下表所示：

1.5、設(shè)備數(shù)量

高速CAN總線上設(shè)備的最大數(shù)量取決于網(wǎng)絡(luò)上設(shè)備的電氣特性。如果所有的設(shè)備都符合ISO11898的要求，那么至少有30個設(shè)備可以被連接到總線上。

如果設(shè)備的電氣特性沒有降低信號質(zhì)量，滿足ISO11898信號級規(guī)范，網(wǎng)絡(luò)上的所有設(shè)備都符合設(shè)備網(wǎng)的規(guī)格，則可以連接64個設(shè)備到網(wǎng)絡(luò)。

2低速CAN總線

ISO 11898-3中定義了通信速率為10～125Kbps的低速開環(huán)CAN通信標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)傳輸速率為40Kbps時，總線距離可達(dá)到1000米。低速開環(huán)CAN（也叫：低速容錯CAN）通信如下圖所示：

2.1、電氣特性

低速CAN總線上為顯性電平（邏輯0）時，CAN_H為3.6V、CAN_L為1.4V，此時電壓差是2.2V。總線上為隱性電平（邏輯1）時，CAN_H為0.3V、CAN_L都為4.7V，此時電壓差就是-4.4V，顯性狀態(tài)和隱性狀態(tài)的CAN總線電壓范圍如下圖（標(biāo)準(zhǔn)來源：ISO 11898-3:2006）所示：

2.2、終端電阻

與高速CAN不同，低速CAN需要在低速CAN收發(fā)器上終止，而不是在電纜上。該終端需要兩個電阻器：RTH用于CAN_H，RTL用于CAN_L。這種配置允許Philips fault-tolerant CAN收發(fā)器檢測并從總線故障中恢復(fù)。

Philips建議低速CAN網(wǎng)絡(luò)，一個整體的RTH和RTL終端電阻為100Ω到500Ω（每個）。整個網(wǎng)絡(luò)終端電阻可以確定如下公式：

低速CAN網(wǎng)絡(luò)上的每個設(shè)備每條CAN數(shù)據(jù)線都需要一個終端電阻：RTH用于CAN_H，RTL用于CAN_L，放置終端電阻位置如下所示：

2.3、總線長度

在線形拓?fù)渲?，可掛載20個以上低速CAN節(jié)點(diǎn)，在網(wǎng)絡(luò)總長度不應(yīng)超過40米的情況下最大通信速度達(dá)到125Kbps。

在星形拓?fù)渲校?網(wǎng)絡(luò)總長度約為40m，各個節(jié)點(diǎn)間距離不超過20m。

2.4、布線電纜

低速CAN總線電纜應(yīng)滿足ISO11898中規(guī)定的物理介質(zhì)要求，如下表所示：

2.5、設(shè)備數(shù)量

低速CAN總線上設(shè)備的最大數(shù)量取決于網(wǎng)絡(luò)上設(shè)備的電氣特性。如果所有的設(shè)備都滿足典型的低速/容錯CAN的要求，那么最多有32個設(shè)備可以連接到總線上。如果設(shè)備信號質(zhì)量滿足低速/容錯信號水平規(guī)范，則可以連接更高數(shù)量的設(shè)備。

3補(bǔ)充知識：ISO 11898-3與ISO 11519-2標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系

ISO 11519由以下部分組成，總稱“道路車輛—低速串行數(shù)據(jù)通信”：

Part 1：General and definitions 概述和定義

Part 2：Low-speed controller area network (CAN) 低速控制器局域網(wǎng)（CAN）

Part 3：Part 3: Vehicle area network (VAN) 車輛局域網(wǎng)（VAN）

ISO 11519-2:1994?（Low-speed controller area network (CAN)，低速控制器局域網(wǎng)（CAN）），指定CAN的數(shù)據(jù)鏈路層和物理層，這是用于公路車輛應(yīng)用的高達(dá)125 Kbit/s的通信網(wǎng)絡(luò)。低速CAN是一種串行通信協(xié)議，支持分布式實(shí)時控制和多路復(fù)用。根據(jù)ISO 7498在ISO-OSI模型中定義的層次結(jié)構(gòu)層中定義網(wǎng)絡(luò)的一般體系結(jié)構(gòu)。該標(biāo)準(zhǔn)允許在CAN總線連線失敗時CAN總線通信得以繼續(xù)進(jìn)行。

ISO 11898-3:2006?（Road vehicles — Controller area network (CAN) — Part 3: Low-speed, fault-tolerant, medium-dependent interface，道路車輛—控制器局域網(wǎng)（CAN）—第3部分：低速，容錯，介質(zhì)相關(guān)的接口），規(guī)定了在配備有控制器局域網(wǎng)（CAN）的道路車輛電子控制單元之間以40 Kbit/s至125Kbit/s的傳輸速率建立數(shù)字信息交換的特性。

標(biāo)準(zhǔn)ISO 11519-2-1994已經(jīng)在2006年被ISO 11898-3-2006代替了，符合標(biāo)準(zhǔn)ISO 11898-3的產(chǎn)品也是支持符合ISO 11519-2標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品。