終端電阻
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2022-04-12
終端電阻的實(shí)例教程
這個(gè)就要結(jié)合一些故障狀態(tài)也計(jì)算，汽車(chē)ECU的所有接口都需要考慮短路到電源和短路到地的情況，所以我們也需要考慮CAN總線的節(jié)點(diǎn)短路到電源的情況，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)需要考慮短路到18V的情況，假設(shè)CANH短路到18V，電流會(huì)通過(guò)終端電阻流到CANL上，而CANL內(nèi)部由于限流的原因，最大注入電流為50mA（TJA1145的規(guī)格書(shū)上標(biāo)注），這時(shí)候120Ω電阻的功率就是50mA*50mA*120Ω=0.3W。考慮到高溫情況下的降額，終端電阻的功率就是0.5W。
CAN總線終端電阻，一般來(lái)說(shuō)都是120歐姆，實(shí)際上在設(shè)計(jì)的時(shí)候，也是兩個(gè)60歐姆的電阻串起來(lái)，而總線上一般有兩個(gè)120Ω的節(jié)點(diǎn)，基本上稍微知道點(diǎn)CAN總線的人都知道這個(gè)道理。
但是作為學(xué)渣的我，知道這個(gè)是在各種標(biāo)準(zhǔn)以及各種數(shù)據(jù)手冊(cè)和應(yīng)用筆記里面常用的電阻值，但是這兩個(gè)終端電阻的具體作用是什么呢？之前就知道阻抗匹配，但是究竟匹配的是什么呢？
然后我在網(wǎng)上找了一些資料，半寫(xiě)半整理的總結(jié)了下面的這些知識(shí)點(diǎn)。知道終端電阻的作用，對(duì)于日常工作中波形不穩(wěn)定等問(wèn)題，也能更快的找到問(wèn)題的原因。
終端電阻的作用
CAN總線終端電阻的作用有3個(gè)：
1、提高抗干擾能力，讓高頻低能量的信號(hào)迅速走掉
2、確保總線快速進(jìn)入隱性狀態(tài)，讓寄生電容的能量更快走掉；
3、提高信號(hào)質(zhì)量，放置在總線的兩端，讓反射能量降低。
一、提高抗干擾能力
CAN總線有“顯性”和“隱性”兩種狀態(tài)，“顯性”代表“0”，“隱性”代表“1”，由CAN收發(fā)器決定。下圖是一個(gè)CAN收發(fā)器的典型內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，CANH、CANL連接總線。
總線顯性時(shí)，收發(fā)器內(nèi)部Q1、Q2導(dǎo)通，CANH、CANL之間產(chǎn)生壓差；隱性時(shí)，Q1、Q2截止，CANH、CANL處于無(wú)源狀態(tài)，壓差為0。
總線若無(wú)負(fù)載，隱性時(shí)差分電阻阻值很大，內(nèi)部的MOS管屬于高阻態(tài)，外部的干擾只需要極小的能量即可令總線進(jìn)入顯性（一般的收發(fā)器顯性門(mén)限最小電壓僅500mV）。這個(gè)時(shí)候如果有差模干擾過(guò)來(lái)，總線上就會(huì)有明顯的波動(dòng)，而這些波動(dòng)沒(méi)有地方能夠吸收掉他們，就會(huì)在總線上創(chuàng)造一個(gè)顯性位出來(lái)。所以為提升總線隱性時(shí)的抗干擾能力，可以增加一個(gè)差分負(fù)載電阻，且阻值盡可能小，以杜絕大部分噪聲能量的影響。
展開(kāi) CAN總線終端電阻，一般來(lái)說(shuō)都是120歐姆，實(shí)際上在設(shè)計(jì)的時(shí)候，也是兩個(gè)60歐姆的電阻串起來(lái)，而總線上一般有兩個(gè)120Ω的節(jié)點(diǎn)，基本上稍微知道點(diǎn)CAN總線的人都知道這個(gè)道理。
但是作為學(xué)渣的筆者，知道這個(gè)是在各種標(biāo)準(zhǔn)以及各種數(shù)據(jù)手冊(cè)和應(yīng)用筆記里面常用的電阻值，但是這兩個(gè)終端電阻的具體作用是什么呢？之前就知道阻抗匹配，但是究竟匹配的是什么呢？
然后筆者就上知乎遨游了一下，半抄半寫(xiě)地總結(jié)了下面的這些知識(shí)點(diǎn)。知道終端電阻的作用，對(duì)于日常工作中波形不穩(wěn)定等問(wèn)題，也能更快地找到問(wèn)題的原因。
終端電阻的作用
CAN總線終端電阻的作用有3個(gè)：
提高抗干擾能力，讓高頻低能量的信號(hào)迅速走掉
確保總線快速進(jìn)入隱性狀態(tài)，讓寄生電容的能量更快走掉；
提高信號(hào)質(zhì)量，放置在總線的兩端，讓反射能量降低。
01
提高抗干擾能力
CAN總線有“顯性”和“隱性”兩種狀態(tài)，“顯性”代表“0”，“隱性”代表“1”，由CAN收發(fā)器決定。下圖是一個(gè)CAN收發(fā)器的典型內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，CANH、CANL連接總線。
展開(kāi) 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(gè)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(guò)程中遇到的阻礙。高頻信號(hào)傳輸時(shí)，信號(hào)波長(zhǎng)相對(duì)傳輸線較短，信號(hào)在傳輸線終端會(huì)形成反射波，干擾原信號(hào)，所以需要在傳輸線末端加終端電阻，使信號(hào)到達(dá)傳輸線末端后不反射。
對(duì)于低頻信號(hào)則不用。在長(zhǎng)線信號(hào)傳輸時(shí)，一般為了避免信號(hào)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(gè)終端電阻。
終端電阻的作用：
1：阻抗匹配，匹配信號(hào)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(guò)沖。在串聯(lián)應(yīng)用情況下，串聯(lián)的終端電阻和信號(hào)線的分布電容以及后級(jí)電路的輸入電容組成RC濾波器，消弱信號(hào)邊沿的陡峭程度，防止過(guò)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(zhǎng)度無(wú)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(hào)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(gè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于雙絞線絞距都有定義的原因所在。
展開(kāi) 各總線段要求有可靠的接地連接，各系統(tǒng)間要求鋪設(shè)等電位接地線纜，應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)如下圖所示：
六、總線連接規(guī)則
設(shè)備通過(guò)總線連接器或端子并行接入網(wǎng)絡(luò)，正確接線標(biāo)準(zhǔn)如下圖所示：
l使用專(zhuān)用工具進(jìn)行剝線，長(zhǎng)度要求與連接器匹配
l保持屏蔽層原狀，并使其與連接器金屬部分可靠接觸
l線纜外皮要讓連接器卡住，防止線纜受力松動(dòng)
下面是不符合連接要求的舉例圖片：
l圖C：1個(gè)端子接線2顆線，不牢固
l圖D：使用了鋁制的接線帽，通訊材質(zhì)改變影響通訊質(zhì)量
l圖E：屏蔽層被翻過(guò)來(lái)接，失去接地作用
l圖F：屏蔽層被編成小辮，失去高頻噪聲干擾保護(hù)
七、終端電阻規(guī)則
PROFIBUS-DP網(wǎng)絡(luò)總線段兩端需要設(shè)置有源終端電阻，終端電阻供電可由設(shè)備自身提供，但是要求此設(shè)備不能斷電，為方便設(shè)備斷電維護(hù)或移除可添加專(zhuān)用有源終端器。（中繼器、耦合器等設(shè)備是不同網(wǎng)段間連接設(shè)備，注意網(wǎng)段兩端安裝終端電阻）
終端電阻標(biāo)準(zhǔn)使用如下圖所示：（T—終端電阻器）
八、布線間距規(guī)則
各種線纜綜合布線，PROFIBUS-DP網(wǎng)線與各類(lèi)線纜之間要保持如下距離標(biāo)準(zhǔn)，不能滿(mǎn)足間距要求的需要加裝金屬線管與線槽。
展開(kāi) 
終端電阻的相關(guān)專(zhuān)題、標(biāo)簽、搜索
終端電阻的最新內(nèi)容
一項(xiàng)是以終端電阻為參數(shù)的頻率響應(yīng)測(cè)量，另一項(xiàng)是歸一化平均電壓的測(cè)量。下圖顯示了測(cè)量結(jié)果，并標(biāo)注了所有參數(shù)。
不同終端阻抗的調(diào)制頻率響應(yīng)
4納米和8納米調(diào)制器的調(diào)制頻率響應(yīng)
利用參考文獻(xiàn)3中的模型，可通過(guò)下圖預(yù)測(cè)帶寬分別為4nm和8nm的調(diào)制器的調(diào)制強(qiáng)度。在我們重現(xiàn)的該圖中，藍(lán)色和綠色曲線分別測(cè)量4nm和8nm調(diào)制器的帶寬。
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電氣連接與接地
電氣接線是比例閥控制的“神經(jīng)”，請(qǐng)嚴(yán)格按照接線圖操作，區(qū)分電源正負(fù)極及信號(hào)線，對(duì)于模擬量控制（如0-10V或4-20mA），需使用屏蔽電纜并將屏蔽層單端接地，以抗電磁干擾，數(shù)字總線型（如PROFIBUS, EtherCAT）則需注意終端電阻的設(shè)置，良好的接地是保證信號(hào)穩(wěn)定、防止誤動(dòng)作的關(guān)鍵。
但該方案會(huì)導(dǎo)致直流偏置信號(hào)通過(guò)微波電極上的50Ω終端電阻，從而增加器件功耗并限制其可承受的最大直流電壓。為解決上述問(wèn)題，本文提出如圖1c所示的有效電極設(shè)計(jì)：將偏置電極嵌入MZM調(diào)制區(qū)域，且不與50Ω終端電阻建立電氣連接。
圖1 偏置TFLN MZM的不同方案。a)使用額外的TO或EO相位移位器。b)使用bias tee同時(shí)發(fā)射微波信號(hào)和直流偏置。
設(shè)計(jì)VDC時(shí)還需要使用關(guān)聯(lián)ECU通信所需的N路CAN通信且兼容CAN-FD，CAN-FD接口電路采用標(biāo)準(zhǔn)CAN接口電路，支持ESD防護(hù)和終端匹配，每路CAN通信需要對(duì)應(yīng)的終端匹配電阻，并預(yù)留一定大小的共模電感，選擇性的根據(jù)EMC實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行貼片。最重要的是支持任意幀CAN喚醒功能。
若無(wú)終端電阻，控制單元的信號(hào)無(wú)效。需要注意的是在整車(chē)電子的設(shè)計(jì)解決方案中，如果整車(chē)統(tǒng)一設(shè)計(jì)了網(wǎng)絡(luò)終端電阻，那ECU段無(wú)需再設(shè)計(jì)；如果ECU保留了終端電阻，那在整車(chē)統(tǒng)一電阻箱中就不能再配置電阻。二者只能選其一。在硬件研發(fā)階段，如果SOR未標(biāo)注，則必須跟項(xiàng)目相關(guān)DRE和VSE工程師進(jìn)行確認(rèn)。
?終端電阻R=??0，消除反射波（駐波）
?影響阻抗的因素：線纜（材料、結(jié)構(gòu)） 屏蔽、絞距、突變（中壓等）、支線 等，影響到EMI和EMS。
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(gè)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(guò)程中遇到的阻礙。
表10-1：差分電壓幅值與電平極性關(guān)系
在實(shí)際項(xiàng)目布線時(shí)，容易漏加或者多加終端匹配電阻。我們可以通過(guò)測(cè)量CAN差分電壓幅值來(lái)評(píng)估是否漏加或多加終端匹配電阻。如果不計(jì)導(dǎo)線電阻，終端電阻固定為120歐姆，單節(jié)點(diǎn)CAN總線差分電壓如表10-2所示。
表10-2：終端匹配電阻數(shù)目與差分電壓幅值關(guān)系
11. 電纜截面積與通訊距離
電纜截面積對(duì)通訊距離影響很大，特別是遠(yuǎn)距離通訊。
100歐終端電阻在通信速率低時(shí)可加可不加，但當(dāng)通信速率較高時(shí)（高于19.2kbps），建議一定要加。例如PROFIBUS下的RS485網(wǎng)絡(luò)，終端電阻已經(jīng)植入終端設(shè)備中，只需撥動(dòng)開(kāi)關(guān)即可加入或者撤離。
終端電阻的用途是吸收反射波。
我們?cè)趦煽脴?shù)間緊緊地綁上一根繩子，接著敲擊繩子的某一側(cè)，我們會(huì)看到有傳導(dǎo)波向另一端傳去，并能看到反射波。
對(duì)進(jìn)入印制板的信號(hào)要加濾波，從高噪聲區(qū)來(lái)的信號(hào)也要加濾波，同時(shí)用串終端電阻的辦法，減小信號(hào)反射。
（8）MCD無(wú)用端要接高，或接地，或定義成輸出端，集成電路上該接電源地的端都要接，不要懸空。
（9）閑置不用的門(mén)電路輸入端不要懸空，閑置不用的運(yùn)放正輸入端接地，負(fù)輸入端接輸出端。
（10）印制板盡量使用45折線而不用90折線布線以減小高頻信號(hào)對(duì)外的發(fā)射與耦合。
