CAN-bus 传输介质

CAN-bus 传输介质 Version 1.10版 2006年5月

目录 • 物理层 • CAN-bus传输介质 • CAN-bus双绞线 • CAN-bus光纤

OSI参考模型 Application Presentation Session Transport Network Data Link Layer Physical Layer 物理层 Logical Link Control (LLC) - Acceptance Filtering - Overload Notification - Recover Management Medium Access Control (MAC) - Data Encapsulation/Decapsulation - Frame Coding (stuffing/destuffing) - Error Detection/Signaling - Serialization/Deserialization Physical Signaling (PLS) - Bit Encoding/Decoding - Bit Timing/Synchronization Physical Medium Attachment (PMA) - Driver/Receiver Characteristics Medium Dependent Interface (MDI) - Connectors

物理层 Physical Signaling (PLS) - Bit Encoding/Decoding- Bit Timing/Synchronization物理介质配置 (PMA)- 收发器件特性介质依存接口 (MDI)- 连接器 - 线缆，光纤等

物理层 • 物理层并不由CAN规定 • 包括PMA和MDI • 必须与CAN的规格兼容 • 必须规定显性和隐性状态 • 显性位状态可以覆盖隐性状态 • 仲裁 • 错误帧的产生 • 物理层特性符合ISO 11898标准

CANH V CANL R CAN-bus 传输介质 • 单线（汽车） • 双绞线 • 屏蔽双绞线 • 同轴电缆 • 单模光纤 • 无线通信

传输介质（Bus Medium） • 物理介质必须支持“显性”和“隐性”状态，“显性”状态支配“隐性”状态，例如在总线仲裁时。 • 双线结构总线必须使用终端电阻抑制信号反射，并且采用差分信号传输减弱电磁干扰（EMI）的影响。 • 使用光学介质时，隐性电平通过状态“暗”表示，显性电平通过状态“亮”表示； • 同一段CAN-bus网络采用相同的传输介质。

双绞线特点 • 技术上容易实现、造价低廉； • 理论上节点数无限制、对环境电磁辐射有一定抑制能力； • 随着频率的增长，双绞线线对的衰减迅速增高； • 双绞线有所谓的近端串扰； • 适合CAN-bus网络5Kbps～1Mbps的传输速率。目前，采用双绞线的CAN总线分布式系统已得到广泛应用，如汽车电子、电梯控制、电力系统、远程传输等。

双绞线（ISO 11898-2） • CAN总线电平标称值

3.5 V CANH 2.5 V CANL 1.5 V Node 2 Node 1 Node n R R 双绞线（ISO 11898-2） Termination

3.5 V 2.5 V 置位空闲 1.5 V 双绞线参数（ISO 11898-2） • 高速差分总线 • 双线平衡信号 • 有公共地 • 信号线结构 • 较短的残余 • 双绞线或平行线 • 非屏蔽或屏蔽 • 线缆阻抗 = 120 Ω • 最高速度达 1 Mbps

3.5 V 2.5 V 置位空闲 1.5 V 双绞线参数（ISO 11898-2） • 最长的总线长度可达40m @ 1 Mbps • 其它的情况无定义 • 线路延迟 = 5 ns/m (名义值) • 规定了电气指标 • 而不是机械指标 • 可使用galvanic (光学) 绝缘

电缆参数（ISO 11898-2） • ISO 11898 电缆推荐参数：直流参数、特性阻抗

电缆选择的要素 • 线长:如果外部干扰比较弱，CAN-bus中的短线（长度<0.3m）可以采用扁平电缆； • 波特率：由于取决于传输线的延时，CAN-bus总线的通讯距离可能会随着波特率减小而增加； • 外界干扰：CAN总线可以采用带屏蔽层的双绞线； • 特征阻抗：所采用的传输线的特征阻抗约为120欧姆； • 有效电阻：所使用的电缆的电阻必须足够的小以避免线路压降过大。

电缆结构分析 单屏蔽层的CAN电缆剖析与连接

电缆适用类型 • 推荐的电缆类型

导线长度与波特率 • 波特率与长度的关系 • 基本公式： Max Bit Rate [Mbps] ×Max Bus Length[m] ≤ 60

双绞线的使用 • 双绞线采用抗干扰的差分信号传输方式； • 使用非屏蔽双绞线作为物理层，只需要有2根线缆作为差分信号线（CANH、CANL)传输； • 使用屏蔽双绞线作为物理层，除需要2根差分信号线（CANH、CANL)的连接以外，还要注意在同一网段中的屏蔽层（SHIELD）单点接地问题。

双绞线网络的注意事项 • 以下列表说明了组建CAN网络时应该遵守的规则

光纤的选择 • 石英光纤特点： • 衰减小，技术比较成熟； • 纤带宽大，抗电磁干扰； • 易成缆特性； • 芯径很细（小于10µm）； • 连接成本较高。

光纤的选择 • 塑料光纤特点： • 成本与电缆相当； • 芯径达（0.5~1mm)； • 连接易于对准； • 重量轻； • 损耗将低到20dB/km。

光纤应用场合 • 多模光纤一般用于建筑物内或地理位置相邻的环境中； • 单模光纤是当前计算机网络中研究和应用的重点； • 塑料光纤在高速距离通信网络中得到广泛应用。

光纤网络构成方式 • 光纤网络的构成方式有两种： • 一种是基于光纤定向耦合器的无延时环网； • 另一种是基于光电收发模块的中继型环网；

CAN-bus光纤传输 • 光纤CAN网络的拓扑结构 • 总线形：可有一根共享的光纤总线组成，各节点另需总线耦合器和站点耦合器实现总线和节点的连接； • 环形：每个节点与紧邻的节点以点到点链路相连，形成一个闭环； • 星形：每个节点通过点到点链路与中心星形耦合器相连； • 塑料光纤网络不宜采用总线拓扑结构

CAN-bus光纤传输 • 与双绞线和同轴电缆相比 • 光纤的低传输损耗使中继之间距离大为增加； • 光缆还具有不辐射能量、不导电、没有电感； • 光缆中不存在串扰以及光信号相互干扰的影响； • 不会有在线路“接头处”感应耦合导致的安全问题； • 强大的抗EMI能力。 • 目前存在的问题 • 价格昂贵，设备投入成本较高； • 点对点的通讯方式。 • 适用场合 • 汽车电子 • 干扰严格场合 • 安全控制领域 • 远距离通讯

Reference • CAN-bus技术网站 http://www.embedcontrol.com • CAN-bus技术讨论园地 http://www.21icbbs.com/club/bbs/bbsView.asp?boardid=43 • CAN-bus服务邮箱 can@zlgmcu.com cantools@zlgmcu.com cansale@zlgmcu.com

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