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详解CAN总线:高速CAN总线和低速CAN总线的特性

发布人:美男子玩编程时间:2022-09-19来源:工程师

在ISO 11898-2和ISO 11898-3中分别规定了两种CAN总线结构(在BOSCH CAN2.0规范中,并没有关于总线拓扑结构的说明):高速CAN总线和低速CAN总线,区别表如下所示:


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本篇博文将详细介绍两者的特性和区别。


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高速CAN总线

ISO 11898-2中定义了通信速率为125Kbps~1Mbps的高速闭环CAN通信标准,当通信总线长度≤40米,最大通信速率可达到1Mbps,高速闭环CAN(高速CAN)通信如下图所示:


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1.1、电气特性

高速CAN总线上为显性电平(逻辑0)时,CAN_H为3.5V、CAN_L为1.5V,此时电压差是2V,显性状态的CAN总线电压范围如下图(标准来源:ISO 11898-2:2006)所示:


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高速CAN总线上为隐性电平(逻辑1)时,CAN_H和CAN_L都为2.5V,此时电压差就是0V,隐性状态的CAN总线电压范围如下图(标准来源:ISO 11898-2:2006)所示:


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1.2、终端电阻

高速CAN线需要在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)。


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如果高速CAN传输线路没有终止,线路上的每个信号变化都会导致反射,这可能会导致通信故障。由于通信在CAN总线上双向流动,因此CAN要求终止电缆的两端。然而,这一要求并不意味着每个设备都应该有一个终端电阻。如果沿电缆放置多个设备,只有电缆末端的设备应该有终端电阻。放置终端电阻位置如下所示:


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1.3、总线长度

高速CAN总线,总线长度最大为40m,当总线长度超过40m后,总线的速率会受到影响。支线长度(节点和总线之间的距离)最长为0.3m,支线节点距离长度最大也是40m(标准来源:ISO 11898-2:2003)。


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1.4、布线电缆

高速CAN总线电缆应满足ISO11898中规定的物理介质要求,如下表所示:


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1.5、设备数量

高速CAN总线上设备的最大数量取决于网络上设备的电气特性。如果所有的设备都符合ISO11898的要求,那么至少有30个设备可以被连接到总线上。


如果设备的电气特性没有降低信号质量,满足ISO11898信号级规范,网络上的所有设备都符合设备网的规格,则可以连接64个设备到网络。


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低速CAN总线

ISO 11898-3中定义了通信速率为10~125Kbps的低速开环CAN通信标准,当传输速率为40Kbps时,总线距离可达到1000米。低速开环CAN(也叫:低速容错CAN)通信如下图所示:


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2.1、电气特性

低速CAN总线上为显性电平(逻辑0)时,CAN_H为3.6V、CAN_L为1.4V,此时电压差是2.2V。总线上为隐性电平(逻辑1)时,CAN_H为0.3V、CAN_L都为4.7V,此时电压差就是-4.4V,显性状态和隐性状态的CAN总线电压范围如下图(标准来源:ISO 11898-3:2006)所示:


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2.2、终端电阻

与高速CAN不同,低速CAN需要在低速CAN收发器上终止,而不是在电缆上。该终端需要两个电阻器:RTH用于CAN_H,RTL用于CAN_L。这种配置允许Philips fault-tolerant CAN收发器检测并从总线故障中恢复。


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:


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低速CAN网络上的每个设备每条CAN数据线都需要一个终端电阻:RTH用于CAN_H,RTL用于CAN_L,放置终端电阻位置如下所示:


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2.3、总线长度

在线形拓扑中,可挂载20个以上低速CAN节点,在网络总长度不应超过40米的情况下最大通信速度达到125Kbps。


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在星形拓扑中, 网络总长度约为40m,各个节点间距离不超过20m。


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2.4、布线电缆

低速CAN总线电缆应满足ISO11898中规定的物理介质要求,如下表所示:


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2.5、设备数量

低速CAN总线上设备的最大数量取决于网络上设备的电气特性。如果所有的设备都满足典型的低速/容错CAN的要求,那么最多有32个设备可以连接到总线上。如果设备信号质量满足低速/容错信号水平规范,则可以连接更高数量的设备。


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补充知识:ISO 11898-3与ISO 11519-2标准的关系

ISO 11519由以下部分组成,总称“道路车辆—低速串行数据通信”:

  • Part 1:General and definitions 概述和定义

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

  • Part 3:Part 3: Vehicle area network (VAN) 车辆局域网(VAN)


ISO 11519-2:1994(Low-speed controller area network (CAN), 低速控制器局域网(CAN)),指定CAN的数据链路层和物理层,这是用于公路车辆应用的高达125 Kbit/s的通信网络。低速CAN是一种串行通信协议,支持分布式实时控制和多路复用。根据ISO 7498在ISO-OSI模型中定义的层次结构层中定义网络的一般体系结构。该标准允许在CAN总线连线失败时CAN总线通信得以继续进行。


ISO 11898-3:2006(Road vehicles — Controller area network (CAN) — Part 3: Low-speed, fault-tolerant, medium-dependent interface,道路车辆—控制器局域网(CAN)—第3部分:低速,容错,介质相关的接口),规定了在配备有控制器局域网(CAN)的道路车辆电子控制单元之间以40 Kbit/s至125Kbit/s的传输速率建立数字信息交换的特性。


标准ISO 11519-2-1994已经在2006年被ISO 11898-3-2006代替了,符合标准ISO 11898-3的产品也是支持符合ISO 11519-2标准的产品。


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关键词: CAN总线

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