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详解CAN总线：高速CAN总线和低速CAN总线的特性

2023-06-17 828

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简介： 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，本篇博文将详细介绍两者的特性和区别。

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。

1、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。

2、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。

3、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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