終端電阻的案例
CAN總線的終端電阻為什么常用120Ω
這個就要結合一些故障狀態也計算，汽車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總線的節點短路到電源的情況，根據標準需要考慮短路到18V的情況，假設CANH短路到18V，電流會通過終端電阻流到CANL上，而CANL內部由于限流的原因，最大注入電流為50mA（TJA1145的規格書上標注），這時候120Ω電阻的功率就是50mA*50mA*120Ω=0.3W?？紤]到高溫情況下的降額，終端電阻的功率就是0.5W。
CAN總線的終端電阻為什么常用120Ω？
CAN總線終端電阻，一般來說都是120歐姆，實際上在設計的時候，也是兩個60歐姆的電阻串起來，而總線上一般有兩個120Ω的節點，基本上稍微知道點CAN總線的人都知道這個道理。
但是作為學渣的我，知道這個是在各種標準以及各種數據手冊和應用筆記里面常用的電阻值，但是這兩個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？
然后我在網上找了一些資料，半寫半整理的總結了下面的這些知識點。知道終端電阻的作用，對于日常工作中波形不穩定等問題，也能更快的找到問題的原因。
終端電阻的作用
CAN總線終端電阻的作用有3個：
1、提高抗干擾能力，讓高頻低能量的信號迅速走掉
2、確?？偩€快速進入隱性狀態，讓寄生電容的能量更快走掉；
3、提高信號質量，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，“顯性”代表“0”，“隱性”代表“1”，由CAN收發器決定。下圖是一個CAN收發器的典型內部結構圖，CANH、CANL連接總線。
總線顯性時，收發器內部Q1、Q2導通，CANH、CANL之間產生壓差；隱性時，Q1、Q2截止，CANH、CANL處于無源狀態，壓差為0。
總線若無負載，隱性時差分電阻阻值很大，內部的MOS管屬于高阻態，外部的干擾只需要極小的能量即可令總線進入顯性（一般的收發器顯性門限最小電壓僅500mV）。這個時候如果有差模干擾過來，總線上就會有明顯的波動，而這些波動沒有地方能夠吸收掉他們，就會在總線上創造一個顯性位出來。所以為提升總線隱性時的抗干擾能力，可以增加一個差分負載電阻，且阻值盡可能小，以杜絕大部分噪聲能量的影響。
展開 CAN總線的終端電阻一定要120Ω嗎？
CAN總線終端電阻，一般來說都是120歐姆，實際上在設計的時候，也是兩個60歐姆的電阻串起來，而總線上一般有兩個120Ω的節點，基本上稍微知道點CAN總線的人都知道這個道理。
但是作為學渣的筆者，知道這個是在各種標準以及各種數據手冊和應用筆記里面常用的電阻值，但是這兩個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，半抄半寫地總結了下面的這些知識點。知道終端電阻的作用，對于日常工作中波形不穩定等問題，也能更快地找到問題的原因。
終端電阻的作用
CAN總線終端電阻的作用有3個：
提高抗干擾能力，讓高頻低能量的信號迅速走掉
確?？偩€快速進入隱性狀態，讓寄生電容的能量更快走掉；
提高信號質量，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，“顯性”代表“0”，“隱性”代表“1”，由CAN收發器決定。下圖是一個CAN收發器的典型內部結構圖，CANH、CANL連接總線。
展開 談談傳輸信號導線選型及內在機理
二、阻抗匹配與反射理論的運用
1 CAN總線為何要加終端電阻，又為何是120Ω
按照ISO11898規范，為了增強CAN-bus 通訊的可靠性，CAN-bus 總線網絡的兩個端點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。在串聯應用情況下，串聯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，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，我們已經知道，只有阻抗匹配，才能避免反射的產生。既然傳輸導線特性阻抗是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系密切，這也是各個標準對于雙絞線絞距都有定義的原因所在。
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PROFIBUS-DP網絡隱患排查規則
各總線段要求有可靠的接地連接，各系統間要求鋪設等電位接地線纜，應用標準如下圖所示：
六、總線連接規則
設備通過總線連接器或端子并行接入網絡，正確接線標準如下圖所示：
l使用專用工具進行剝線，長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
下面是不符合連接要求的舉例圖片：
l圖C：1個端子接線2顆線，不牢固
l圖D：使用了鋁制的接線帽，通訊材質改變影響通訊質量
l圖E：屏蔽層被翻過來接，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
七、終端電阻規則
PROFIBUS-DP網絡總線段兩端需要設置有源終端電阻，終端電阻供電可由設備自身提供，但是要求此設備不能斷電，為方便設備斷電維護或移除可添加專用有源終端器。（中繼器、耦合器等設備是不同網段間連接設備，注意網段兩端安裝終端電阻）
終端電阻標準使用如下圖所示：（T—終端電阻器）
八、布線間距規則
各種線纜綜合布線，PROFIBUS-DP網線與各類線纜之間要保持如下距離標準，不能滿足間距要求的需要加裝金屬線管與線槽。
展開 談談CAN總線對線束設計的要求及內在機理
我們可以通過測量CAN差分電壓幅值來評估是否漏加或多加終端匹配電阻。如果不計導線電阻，終端電阻固定為120歐姆，單節點CAN總線差分電壓如表10-2所示。
表10-2：終端匹配電阻數目與差分電壓幅值關系
11. 電纜截面積與通訊距離
電纜截面積對通訊距離影響很大，特別是遠距離通訊。遠距離傳輸線上的分布電容、分布電感和直流參數會引起信號衰減。很多CAN通訊應用都具有距離遠、波特率低的特性。比如本公司的KTC161通訊控制系統使用10kpbs，傳輸距離要不小于3km。這種情況下，傳輸電纜的直流電阻對傳輸距離影響非常大，因為這個直流電阻會和終端匹配電阻分壓。
如圖11-1所示，1號節點與2號節點相隔5km，使用的傳輸電纜直流電阻12.8歐姆/km，終端匹配電阻為124歐姆。1號節點發送的波形差分電壓幅值為2V，經過5km傳輸電纜到2號節點時，差分電壓幅值大約為1V，信號衰減了一半！我們在上文第10節中提到過：CAN總線上的差分電壓>0.9V才能被識別成顯性電平，現在2號節點只有1V差分電壓，其可靠性已經變的較低。
為了保證可靠的數據通訊，一個有用的經驗法則是：最末端節點差分電壓幅值不小于1.2V。
注意圖中故意忽略了分布電容和分布電感的影響，因此傳輸的波形沒有畸變。
圖11-1：傳輸電纜直流電阻分壓示意圖
對于雙絞線，假設其終端匹配電阻與電纜特性阻抗相同，則截面積與最大通訊距離可參考表11-1：
表11-1：截面積與最大通訊距離關系
為了把電纜直流電阻引起的電壓衰減降到最小，較大的終端電阻值（150~300歐姆）有助于增加總線長度。比如使用截面積為1.5 mm2的雙絞線電纜，電纜特性阻抗為120歐姆。
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（7）什么情況下在485總線上要增加終端電阻？
一般情況下不需要增加終端電阻，只有在485通信距離超過300米的情況下，要在485通訊的開始端和結束端增加終端電阻。尤其是485總線上設備數量較少時。當設備數量較多時（如超過22臺）。一般不需增加終端電阻，因為終端電阻會降低485總線的負載能力，球機終端120Ω匹配電阻的連接方式如下：球機終端120Ω匹配電阻可通過在球機底盤上的撥碼開關撥碼來連接，如下圖所示。球機出廠時，120Ω匹配電阻默認為未接入，可通過把撥碼開關的第10位撥到ON，把120Ω匹配電阻接入線路。反之，如果不接入120Ω匹配電阻，則把第10位撥到OFF即可。
（8）實際應用中的問題。
實際施工使用中用戶常采用星形連接方式，此時終端電阻必須連接在線路距離最遠的兩個設備上（如圖三，1＃與15＃設備），但是由于該連接方式不符合RS485工業標準的使用要求，因此在各設備線路距離較遠時，容易產生信號反射、抗干擾能力下降等問題，導致控制信號的可靠性下降。此時，出現的現象為球機完全不受控，或自行運轉無法停止等。
圖三
對于這種情況，建議采用增加一個RS485分配器。該產品可以有效地將星形連接轉換為符合RS485工業標準所規定的連接方式，從而避免產生問題，提高通信可靠性，如圖四所示。
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其余中間的接頭，都置為 OFF，它們的進出兩個接線都是通的（記憶方法：ON表示接入終端電阻，所以兩端的接頭撥至ON；OFF表示斷開終端電阻，所以中間的接頭要撥至 OFF）。
二、手把手教你如何接，如何買
無論是組成MPI還是RPOFIBUS-DP網絡，用到的主要部件都是一樣的：
具體電纜及接頭訂貨號請參看：常用附件訂貨號
A. 電纜和剝線器。使用FC技術不用剝出裸露的銅線。
圖1. 剝好一端的PROFIBUS電纜與快速剝線器（FCS，訂貨號6GK1905-6AA00）。
B. 打開PROFIBUS網絡連接器。首先打開電纜張力釋放壓塊，然后掀開芯線鎖。
圖2. 打開的PROFIBUS連接器
C. 去除PROFIBUS電纜芯線外的保護層，將芯線按照相應的顏色標記插入芯線鎖，再把鎖塊用力壓下，使內部導體接觸。應注意使電纜剝出的屏蔽層與屏蔽連接壓片接觸。
圖3. 插入電纜
由于通信頻率比較高，因此通信電纜采用雙端接地。電纜兩頭都要連接屏蔽層。
D. 復位電纜壓塊，擰緊螺絲，消除外部拉力對內部連接的影響。
網絡連接器主要分為兩種類型：帶和不帶編程口的。不帶編程口的插頭用于一般聯網，帶編程口的插頭可以在聯網的同時仍然提供一個編程連接端口，用于編程或者連接HMI等。
圖4. 左側為不帶編程口的網絡連接器（訂貨號：6ES7 972-0BA52-0XA0）右側的是帶編程
通過PROFIBUS電纜連接網絡插頭，構成總線型網絡結構。
圖5. 總線型網絡連接
在上圖中，網絡連接器A、B、C分別插到三個通信站點的通信口上；電纜a把插頭A和B連接起來，電纜b連接插頭B和C。線型結構可以照此擴展。
注意圓圈內的“終端電阻”開關設置。
展開 高手寫的CAN總線入門總結
圖11-1：傳輸電纜直流電阻分壓示意圖
對于雙絞線，假設其終端匹配電阻與電纜特性阻抗相同，則截面積與最大通訊距離可參考表11-1：
表11-1：截面積與最大通訊距離關系
為了把電纜直流電阻引起的電壓衰減降到最小，較大的終端電阻值（150~300歐姆）有助于增加總線長度。比如使用截面積為1.5 mm2的雙絞線電纜，電纜特性阻抗為120歐姆。傳輸波特率為5kpbs的數據時，使用120歐姆的匹配電阻最遠可以傳輸5km，但使用300歐姆的匹配電阻則可以傳輸7km！
12. 波特率、終端匹配電阻與通訊距離
上文第11節講述了傳輸線截面積與通訊距離的關系，本小節將保持傳輸線截面積不變，查看其它參數對通訊距離的影響。以截面積為1.5 mm2屏蔽雙絞線為例，其波特率、終端匹配電阻與通訊距離的關系如圖12-1所示。其中，當波特率較高，通訊距離有限。比如1Mbps，信號隔離后的CAN通訊距離大約為25~30米（大部分的實際項目中都會對CAN通訊模塊電氣隔離，隔離器件會降低通訊距離）。波特率較低并且將終端匹配電阻增大，可遠距離通訊。比如5kbps、終端匹配電阻為390歐姆時，通訊距離可達10km！
圖12-1：波特率、終端匹配電阻和通訊距離關系圖
13. 信號延遲與通訊距離
高波特率情況下，制約CAN通訊距離的，是信號延遲。信號經過隔離光耦、傳輸電纜、ESD器件時，都會引起信號延遲。如果CAN的重同步也不足以彌補這個延遲，就會導致采樣錯誤，最終CRC校驗錯誤。
圖12-1給出了截面積為1.5mm2傳輸電纜，在不同波特率和終端匹配電阻下的最大通訊距離。其中當波特率為1Mbps時，通訊距離大約為30米。
展開 CAN總線基礎入門總結
以截面積為1.5 mm2屏蔽雙絞線為例，其波特率、終端匹配電阻與通訊距離的關系如圖12-1所示。其中，當波特率較高，通訊距離有限。比如1Mbps，信號隔離后的CAN通訊距離大約為25~30米（大部分的實際項目中都會對CAN通訊模塊電氣隔離，隔離器件會降低通訊距離）。波特率較低并且將終端匹配電阻增大，可遠距離通訊。比如5kbps、終端匹配電阻為390歐姆時，通訊距離可達10km！
圖12-1：波特率、終端匹配電阻和通訊距離關系圖
13. 信號延遲與通訊距離
高波特率情況下，制約CAN通訊距離的，是信號延遲。信號經過隔離光耦、傳輸電纜、ESD器件時，都會引起信號延遲。如果CAN的重同步也不足以彌補這個延遲，就會導致采樣錯誤，最終CRC校驗錯誤。
圖12-1給出了截面積為1.5mm2傳輸電纜，在不同波特率和終端匹配電阻下的最大通訊距離。其中當波特率為1Mbps時，通訊距離大約為30米。
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圖11-1：傳輸電纜直流電阻分壓示意圖
對于雙絞線，假設其終端匹配電阻與電纜特性阻抗相同，則截面積與最大通訊距離可參考表11-1：
表11-1：截面積與最大通訊距離關系
為了把電纜直流電阻引起的電壓衰減降到最小，較大的終端電阻值（150~300歐姆）有助于增加總線長度。比如使用截面積為1.5 mm2的雙絞線電纜，電纜特性阻抗為120歐姆。傳輸波特率為5kpbs的數據時，使用120歐姆的匹配電阻最遠可以傳輸5km，但使用300歐姆的匹配電阻則可以傳輸7km！
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波特率、終端匹配電阻與通訊距離
上文第11節講述了傳輸線截面積與通訊距離的關系，本小節將保持傳輸線截面積不變，查看其它參數對通訊距離的影響。以截面積為1.5 mm2屏蔽雙絞線為例，其波特率、終端匹配電阻與通訊距離的關系如圖12-1所示。其中，當波特率較高，通訊距離有限。比如1Mbps，信號隔離后的CAN通訊距離大約為25~30米（大部分的實際項目中都會對CAN通訊模塊電氣隔離，隔離器件會降低通訊距離）。波特率較低并且將終端匹配電阻增大，可遠距離通訊。比如5kbps、終端匹配電阻為390歐姆時，通訊距離可達10km！
圖12-1：波特率、終端匹配電阻和通訊距離關系圖
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信號延遲與通訊距離
高波特率情況下，制約CAN通訊距離的，是信號延遲。
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從原理搞懂RS485串口通訊
5PF/M，終端負載電阻為100歐時所得出。當數據信號速率降低到90Kbit/S以下時，假定最大允許的信號損失為6dBV時，則電纜長度被限制在1200M。在實用時是完全可以取得比它大的電纜長度。當使用不同線徑的電纜。則取得的最大電纜長度是不相同的。
九、如何實現RS-485/422多點通訊
RS-485總線上任何時候只能有一發送器發送。半雙工方式，主從只能一個發。全雙工方式，主站總可發送，從站只能有一個發送。
十、RS-485/RS422接口通訊時，在什么條件下需要采用終端匹配？電阻值如何確定？如何配置終端匹配電阻？
在長線信號傳輸時，一般為了避免信號的反射和回波，需要在接收端接入終端匹配電阻。其終端匹配電阻值取決于電纜的阻抗特性，與電纜的長度無關。
RS-485/RS-422一般采用雙絞線（屏蔽或非屏蔽）連接，終端電阻一般介于100至140Ω之間，典型值為120Ω。在實際配置時，在電纜的兩個終端節點上，即最近端和最遠端，各接入一個終端電阻，而處于中間部分的節點則不能接入終端電阻，否則將導致通訊出錯。
十一、RS-485網不知道最遠站點是哪一個，應該如何接匹配電阻呢？
會出現這種情況，是由于用戶組成RS-485網時，沒有遵循站點至總線的連線應盡可能短的原則。如果總線布線遵循這一原則，就不存在不知道哪個站點是最遠的問題。而且要注意，這樣的布線，系統將會工作得不好。
十二、RS-485/RS-422接口為何在停止通信時接收器仍有數據輸出？
由于RS-485/RS-422在發送數據完成后，要求所有的發送使能控制信號關閉且保持接收使能有效，此時，總線驅動器進入高阻狀態且接收器能夠監測總線上是否有新的通信數據。
展開 高手寫的CAN總線入門總結
圖11-1：傳輸電纜直流電阻分壓示意圖
對于雙絞線，假設其終端匹配電阻與電纜特性阻抗相同，則截面積與最大通訊距離可參考表11-1：
表11-1：截面積與最大通訊距離關系
為了把電纜直流電阻引起的電壓衰減降到最小，較大的終端電阻值（150~300歐姆）有助于增加總線長度。比如使用截面積為1.5 mm2的雙絞線電纜，電纜特性阻抗為120歐姆。傳輸波特率為5kpbs的數據時，使用120歐姆的匹配電阻最遠可以傳輸5km，但使用300歐姆的匹配電阻則可以傳輸7km！
12. 波特率、終端匹配電阻與通訊距離
上文第11節講述了傳輸線截面積與通訊距離的關系，本小節將保持傳輸線截面積不變，查看其它參數對通訊距離的影響。以截面積為1.5 mm2屏蔽雙絞線為例，其波特率、終端匹配電阻與通訊距離的關系如圖12-1所示。其中，當波特率較高，通訊距離有限。比如1Mbps，信號隔離后的CAN通訊距離大約為25~30米（大部分的實際項目中都會對CAN通訊模塊電氣隔離，隔離器件會降低通訊距離）。波特率較低并且將終端匹配電阻增大，可遠距離通訊。比如5kbps、終端匹配電阻為390歐姆時，通訊距離可達10km！
圖12-1：波特率、終端匹配電阻和通訊距離關系圖
13. 信號延遲與通訊距離
高波特率情況下，制約CAN通訊距離的，是信號延遲。信號經過隔離光耦、傳輸電纜、ESD器件時，都會引起信號延遲。如果CAN的重同步也不足以彌補這個延遲，就會導致采樣錯誤，最終CRC校驗錯誤。
圖12-1給出了截面積為1.5mm2傳輸電纜，在不同波特率和終端匹配電阻下的最大通訊距離。其中當波特率為1Mbps時，通訊距離大約為30米。
展開 RS232，RS485，RJ45，以及Modbus協議，這些是不是迷糊很久了？
100歐終端電阻在通信速率低時可加可不加，但當通信速率較高時（高于19.2kbps），建議一定要加。例如PROFIBUS下的RS485網絡，終端電阻已經植入終端設備中，只需撥動開關即可加入或者撤離。
終端電阻的用途是吸收反射波。
我們在兩棵樹間緊緊地綁上一根繩子，接著敲擊繩子的某一側，我們會看到有傳導波向另一端傳去，并能看到反射波。如果敲擊的頻率適當，則在繩子中間出現波的不動點，這叫做駐波。
對于通信來說，不管是反射波還是駐波，將嚴重影響通信質量。終端電阻用于吸收反射波，并且可提升最終子站的電平水平。
RS485和MODBUS這兩個概念，都需要通過實踐去掌握它們，單單憑著閱讀文本，很難理解和掌握。如果這篇小文能給大家的實踐活動帶來益處，我會感到分外欣慰。
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100歐終端電阻在通信速率低時可加可不加，但當通信速率較高時（高于19.2kbps），建議一定要加。例如PROFIBUS下的RS485網絡，終端電阻已經植入終端設備中，只需撥動開關即可加入或者撤離。
終端電阻的用途是吸收反射波。
我們在兩棵樹間緊緊地綁上一根繩子，接著敲擊繩子的某一側，我們會看到有傳導波向另一端傳去，并能看到反射波。如果敲擊的頻率適當，則在繩子中間出現波的不動點，這叫做駐波。
對于通信來說，不管是反射波還是駐波，將嚴重影響通信質量。終端電阻用于吸收反射波，并且可提升最終子站的電平水平。
RS485和MODBUS這兩個概念，都需要通過實踐去掌握它們，單單憑著閱讀文本，很難理解和掌握。如果這篇小文能給大家的實踐活動帶來益處，我會感到分外欣慰。
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