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一文读懂容错CAN！

时间：2017-10-26 09:25来源：ZLG致远电子

摘要：CAN-bus家族中有三大成员，分别是高速CAN、容错CAN、单线CAN。其中容错CAN又叫低速CAN，它与最常用的高速CAN有什么异同呢？这里将与大家分享下对容错CAN的认识。

CAN-bus 家族中有三大成员，分别是高速 CAN、容错 CAN、单线 CAN。其中容错 CAN 又叫低速 CAN，它与最常用的高速 CAN 有什么异同呢？这里将与大家分享下对容错 CAN 的认识。

一、容错 CAN 的起源
1986年 Bosch 在 SAE (汽车工程人员协会)大会上提出 CAN 总线概念，CAN 总线率先在汽车电子行业孕育。随后的1987年Intel推出第一片 CAN 控制器芯片82526，由此点亮 CAN 总线发展的星星之火。六年之后 CAN 国际标准 ISO11898/ISO11519 发布，CAN 总线在通信领域的燎原之势由此展开。

图1 CAN 总线应用行业

ISO11898 是高速 CAN 的标准，ISO11519 是低速 CAN 的标准。起初，高速 CAN 数据链路层和物理层都在标准 ISO11898 中规定，后来被拆分为 ISO11898-1（仅涉及数据链路层）和 ISO11898-2（仅涉及物理层）。其中标准 ISO 11519-2-1994 已经在2006年被 ISO 11898-3-2006 代替了,也就是说符合标准 ISO 11898-3 的产品也是支持符合 ISO 11519-2 标准的产品。

图2 CAN 标准发展历程

二、容错 CAN 与高速 CAN 的异同
与高速 CAN 一样，容错 CAN 也是使用使用差分双绞线传输，包含 CAN_H、CAN_L、GND 三根线，在严格的工业应用场合同样要求使用专用的屏蔽双绞线并加必要的防护电路。如图3，以 OSI 7 层通信模型为例，其实 CAN 总线标准规范了部分物理层、传输层及全部数据链路层规则，而应用层、表示层、会话层、网络层未做任何规范。高速 CAN 与容错 CAN 在数据链路层内容是相同的，因此它们在位传输时序、位仲裁、错误、校验、帧结构等是没有区别的。

图3 容错 CAN 与高速 CAN 标准化部分

不同点在物理层的定义，图4是 ISO11898 与 ISO11519-2 电信号数据对比。从图中可以看到，高速 CAN 最大通信速率为 1Mbps，容错 CAN 最大通信速率为 125Kbps，且在理论连接节点数方面高速 CAN 要大于容错 CAN。两者在物理层最大的差别在于 CAN_H、CAN_L 显隐性时的电平值。因此容错 CAN 与标准的高速 CAN 设备之间不能直接通信，必须要加入 CANBridge1054 转接板。

图4 容错 CAN 与高速 CAN 电信号数据对比

三、容错 CAN 的优缺点
虽然容错 CAN 通信速率低、承载节点数少，但容错 CAN 有它无可替代的优势。根据图4中的电平信号数据，我们绘制出两者正常工作时的信号波形。从图 5可以看出 CAN_H、CAN_L 的电平在显隐性变化时变化高达 2.25V，而高速 CAN 电平变化仅为 1V，这也就意味着容错 CAN 比高速 CAN 有更高的抗干扰性。

图5 容错 CAN 与高速 CAN 信号波形对比

除此之外，容错 CAN 能在 CAN_H 或 CAN_L 出现短路、断路时保证通信正常。容错 CAN 收发器会自动识别总线状态，根据总线状态调整接收器的接收模式，这也算是“容错 CAN”名称的由来。图6是容错 CAN 收发器在不同情况下收发状态的调整情况。

图6 容错 CAN 多模式工作状态

注1：75μA 下拉电流源功能
注2 : 75μA 上拉电流源功能

四、容错 CAN 应用电路
图7为经典的 CTM1054T 容错 CAN 收发模块为例，它采用灌封工艺并具有极低的电磁辐射和高抗电磁干扰特性。完全符合 ISO 11898-3 标准，单网络最大节点数达到32个。

图7 容错 CAN 收发模块 CTM1054T

容错 CAN 节点电路设计与常见的高速 CAN 节点设计不同，需要注意的是终端电阻的接法。一般场合下，模块接上电源，端口和 CAN 控制器及 CAN 网络总线连接， RTH、 RTL 分别连接终端电阻至 CANH、CANL，如图8。

图8 经典容错 CAN 节点电路设计

单个 CAN-bus 典型网络如图9，单总线网络最长通讯距离 1km。如果需要接入更多节点或更长通讯距离时，可通过 CAN 中继器等设备扩展。

容错 CAN 收发器在总的终端电阻为 100Ω 时，有最优的系统性能。容错 CAN 总线终端电阻配置时先确定整个网络的节点数，每个收发器都提供总 100Ω 终端的一部分，并不要求每个收发器都有相同的终端电阻，但总的终端应该是 100Ω。比如总线中有5个容错 CAN 节点，接到网络上的10个电阻阻值均应为500Ω；若总线中有10个容错 CAN 节点，接到网络上的20个电阻阻值均应为1000Ω。由于容错 CAN 终端电阻配置的这种特殊性，只要节点数确定，可根据需求随意使用星形、树形等总线拓扑。