散漫說，為何CAN總線為何倆頭都要加終端電阻，這個電阻為何又是120Ω，了解特性阻抗，阻抗匹配與信號反射的基本概念可以解決這個問題，以下為正文。

文章可能有點(diǎn)長，在此，先說明本文旨在說明的兩個知識點(diǎn)，1 為了盡可能的保證所傳輸信號的完整性，信號線傳輸導(dǎo)線選型應(yīng)關(guān)注特性阻抗，2 傳送同一信號的導(dǎo)線回路，應(yīng)避免使用不同截面積的導(dǎo)線。

文章可能有點(diǎn)枯燥，如果你只想吃干飯，那么記住這兩個知識點(diǎn)就夠了，如果你還想更進(jìn)一步進(jìn)行探究，那么不妨找個時間，集中注意力，花個10分鐘的時間，和我一起來探究下這個話題。

文章的行文結(jié)構(gòu)如下：1 了解阻抗，特性阻抗，阻抗匹配與信號反射的基本概念2 理解CAN總線為何倆頭都要加終端電阻，這個電阻為何又是120Ω3 同軸電纜快速選型的關(guān)注點(diǎn)

一、必要概念的介紹

 1 什么是阻抗？

具有電阻、電感和電容的電路里，對交流電所起的阻礙作用叫做阻抗。阻抗常用Z表示。

阻抗是指電路中的電子器件對通過它的特定頻率的交流電流的阻礙作用。在數(shù)學(xué)上用矢量平面上的復(fù)數(shù)表示，即Z=R+jX，

如圖1所示，Z表示阻抗，實(shí)部R稱為電阻，虛部X稱為電抗。而電抗為容抗和感抗的總稱，電容在電路中對交流電所起的阻礙作用稱為容抗，電感在電路中對交流電所起的阻礙作用稱為感抗。阻抗就是電阻、電容抗及電感抗在向量坐標(biāo)上的矢量和。

圖1 阻抗三角形

2 什么是特性阻抗

對于均勻傳輸線，當(dāng)信號在上面?zhèn)鞑r，在任何一處受到的瞬態(tài)阻抗都是相同的。在瞬態(tài)阻抗不變時，我們將其稱為特性阻抗。

3 什么是阻抗匹配

阻抗匹配（impedance matching）主要用于傳輸線上，以此來達(dá)到所有高頻的微波信號均能傳遞至負(fù)載點(diǎn)的目的，而且?guī)缀醪粫行盘柗瓷浠貋碓袋c(diǎn)，從而提升能源效益。 

阻抗匹配是指負(fù)載阻抗與激勵源內(nèi)部阻抗互相適配，得到最大功率輸出的一種工作狀態(tài)。

最大功率傳輸定理是關(guān)于負(fù)載與電源相匹配時，負(fù)載能獲得最大功率的定理。定理分為直流電路和交流電路兩部分，內(nèi)容如下所示。 

我們熟知實(shí)際電路中最大功率傳輸定理是關(guān)于負(fù)載與電源相匹配時，負(fù)載能獲得最大的功率。遷移到高速電路中，其表現(xiàn)是：激勵電路特性與傳輸線特性極大地影響了從一個裝置傳送到另一個裝置信號的完整性。

具體來說，在高速電路中要想把信號能量從源端全部有效的傳送到負(fù)載端，必須使傳輸線特征阻抗與信號的源端阻抗和負(fù)載阻抗匹配，否則信號會發(fā)生反射，導(dǎo)致信號波形的畸變等一系列問題。 

4 什么是反射

反射就是在傳輸線上的回波。信號頻率高到一定程度時，信號的反射幾乎無處不在，引發(fā)信號傳輸問題。解決反射問題是硬件工程師一項(xiàng)基本的要求。

要說明白反射，需要涉及前文提到過阻抗及匹配的概念。（前面所有的鋪墊都是為了說明這個。）

簡單的來說，將電流類比于水流，而將水位的高度看作為電壓，這跟我們初高中接觸的物理知識是一致的。水流的速度看作是信號的頻率，假設(shè)，河道中水的寬度為阻抗，那么河道寬阻抗必然越小，這應(yīng)該很好理解，我們的走線也是一樣，走線越寬，阻抗越小。

假設(shè)完啦，下面開始分析啦！

一條小河上，水流順流，突然水流入了小溝，水道變窄，阻抗變大。這時如果水流速很快也即信號頻率很高，是不是就會濺起水花，這就是反射。此時小溝端的水位是不是也有抬高，說明這就產(chǎn)生了正反射，電壓變高啦！

然后又開始流啊流，又突然水流入了大江，江河明顯變寬，阻抗小啦，水位低啦，說明產(chǎn)生了負(fù)反射，疊加后電壓就低啦。

形象的介紹了一波，下面再來理論分析下吧:

信號的反射與線路的阻抗突變有著直接的關(guān)系。信號功率(電壓和電流)的一部分傳輸?shù)骄€上并達(dá)到負(fù)載處，但是有一部分被反射了，如下圖所示。源端與負(fù)載端阻抗不匹配會引起線上反射，假設(shè)信號傳輸過程中經(jīng)過兩個不同的區(qū)域，區(qū)域1阻抗為Z1,區(qū)域2阻抗為Z2，當(dāng)Z2<Z1，反射系數(shù)為負(fù)產(chǎn)生負(fù)反射；當(dāng)Z2>Z1，反射系數(shù)為正產(chǎn)生正反射。信號來回反射便形成了震蕩，從而導(dǎo)致了信號失真。

 最后的小提示:如果想深入細(xì)致的分析下，可以閱讀下于博士的《信號完整性揭秘》。

反射就是在傳輸線上的回波。信號功率(電壓和電流)的一部分傳輸?shù)骄€上并達(dá)到負(fù)載處，但是有一部分被反射了，如下圖所示。源端與負(fù)載端阻抗不匹配會引起線上反射，負(fù)載將一部分電壓反射回源端。如果負(fù)載阻抗小于源阻抗，反射電壓為負(fù)，反之，如果負(fù)載阻抗大于源阻抗，反射電壓為正。布線的幾何形狀、不正確的線端接、經(jīng)過連接器的傳輸及電源平面的不連續(xù)等因素的變化均會導(dǎo)致此類反射。

二、阻抗匹配與反射理論的運(yùn)用

1 CAN總線為何要加終端電阻，又為何是120Ω

按照ISO11898規(guī)范，為了增強(qiáng)CAN-bus 通訊的可靠性，CAN-bus 總線網(wǎng)絡(luò)的兩個端點(diǎn)通常要加入終端匹配電阻（120Ω）。

1.1 終端電阻的含義

終端電阻，是一種電子信息在傳輸過程中遇到的阻礙。高頻信號傳輸時，信號波長相對傳輸線較短，信號在傳輸線終端會形成反射波，干擾原信號，所以需要在傳輸線末端加終端電阻，使信號到達(dá)傳輸線末端后不反射。

對于低頻信號則不用。在長線信號傳輸時，一般為了避免信號的反射和回波，也需要在接收端接入終端匹配電阻。

一般在直線型中，線纜兩端即是發(fā)送端，也是接收端，故線纜兩端需各加一個終端電阻。

 終端電阻的作用：

1：阻抗匹配，匹配信號源和傳輸線之間的阻抗，極少反射，避免振蕩。

 2：減少噪聲，降低輻射，防止過沖。在串聯(lián)應(yīng)用情況下，串聯(lián)的終端電阻和信號線的分布電容以及后級電路的輸入電容組成RC濾波器，消弱信號邊沿的陡峭程度，防止過沖。

1.2 為什么選120Ω

CAN總線的終端匹配電阻值取決于電纜的特性阻抗，與電纜的長度無關(guān)，一般雙絞線（屏蔽或非屏蔽）連接的終端電阻一般介于100至140Ω之間，典型值為120Ω。

前面的分析，我們已經(jīng)知道，只有阻抗匹配，才能避免反射的產(chǎn)生。既然傳輸導(dǎo)線特性阻抗是120Ω，為了盡可能的保證信號的完整性，can總線終端電阻的大小也為120Ω。

值得一提的是，雙絞線的的特性阻抗與其絞距關(guān)系密切，這也是各個標(biāo)準(zhǔn)對于雙絞線絞距都有定義的原因所在。 

1.3 幾組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證終端電阻的必要性

下面記錄了一個模擬試驗(yàn)，位速率為1Mbit/s，收發(fā)器CANH、CANL接一根10m左右的雙絞線，收發(fā)器端接120Ω電阻保證隱性轉(zhuǎn)換時間，末端不加負(fù)載。末端信號波形如圖，信號上升沿出現(xiàn)了振鈴。

若雙絞線末端增加一個120Ω的電阻，末端信號波形明顯改善，振鈴消失，如圖。

下面這種實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄了加與不加終端電阻信號波形的變化。

1.   未加終端電阻的波形（還是可以通訊的）

2.   加上終端電阻的波形（通訊穩(wěn)定性增強(qiáng)）

2 同軸電纜的選型

同軸電纜(Coaxial Cable)有時又稱為射頻電纜(RF Cable)，同軸射頻電纜是最常用的結(jié)構(gòu)型式。由于其內(nèi)外導(dǎo)體處于同心位置，電磁能量局限在內(nèi)外導(dǎo)體之間的介質(zhì)內(nèi)傳播，因此具有衰減小，屏蔽性能高，使用頻帶寬及性能穩(wěn)定等顯著優(yōu)點(diǎn)。

同軸電纜從用途上分可分為50Ω基帶電纜和75Ω寬帶電纜的射頻同軸電纜。基帶電纜又分細(xì)同軸電纜和粗同軸電纜。基帶電纜僅僅用于數(shù)字傳輸，數(shù)據(jù)率可達(dá)10Mbps。特性阻抗50Ω射頻同軸電纜主要用于基帶信號傳輸，傳輸帶寬為1～20MHz，特性阻抗75Ω射頻同軸電纜常用于CATV網(wǎng)，故稱為CATV電纜，傳輸帶寬可達(dá)1GHz，目前常用CATV電纜的傳輸帶寬為750MHz。

相對來說，根據(jù)同軸電纜的抗阻選擇比較簡單，在有線電視網(wǎng)絡(luò)的使用中，同軸電纜的抗阻幾乎都是75歐姆的，而其他用途的同軸電纜都是50歐姆的。

三、總結(jié)

1，在高速電路中要想把信號能量從源端全部有效的傳送到負(fù)載端，必須使傳輸線特征阻抗與信號的源端阻抗和負(fù)載阻抗匹配，否則信號會發(fā)生反射，導(dǎo)致信號波形的畸變等一系列問題。

2，CAN總線的終端電阻根據(jù)傳輸雙絞線的特性阻抗來的，為120Ω。雙絞線的特性阻抗與其絞距有關(guān)。

3，傳輸線，不允許線徑突變，防止特性阻抗變化，引發(fā)反射，造成信號失真。

4，同軸電纜可以根據(jù)所需要的特性阻抗快速選擇。

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