CAN 是Controller Area Network 的縮寫(以下稱為CAN)，是ISO國際標(biāo)準(zhǔn)化的串行通信協(xié)議。在汽車產(chǎn)業(yè)中，出于對安全性、舒適性、方便性、低功耗、低成本的要求，各種各樣的電子控制系統(tǒng)被開發(fā)了出來。由于這些系統(tǒng)之間通信所用的數(shù)據(jù)類型及對可靠性的要求不盡相同，由多條總線構(gòu)成的情況很多，線束的數(shù)量也隨之增加。為適應(yīng)“減少線束的數(shù)量”、“通過多個LAN，進(jìn)行大量數(shù)據(jù)的高速通信”的需要，1986 年德國電氣商博世公司開發(fā)出面向汽車的CAN 通信協(xié)議。此后，CAN 通過ISO11898 及ISO11519 進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，在歐洲已是汽車網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。

CAN 的高性能和可靠性已被認(rèn)同，并被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)自動化、船舶、醫(yī)療設(shè)備、工業(yè)設(shè)備等方面。現(xiàn)場總線是當(dāng)今自動化領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的熱點之一，被譽(yù)為自動化領(lǐng)域的計算機(jī)局域網(wǎng)。它的出現(xiàn)為分布式控制系統(tǒng)實現(xiàn)各節(jié)點之間實時、可靠的數(shù)據(jù)通信提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。

與其它現(xiàn)場總線比較而言，CAN總線是具有通信速率高、容易實現(xiàn)、且性價比高等諸多特點的一種已形成國際標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場總線。這些也是CAN總線應(yīng)用于眾多領(lǐng)域，具有強(qiáng)勁的市場競爭力的重要原因。

在這篇文章中，我將重點介紹 CAN 總線上的信號電平，以便設(shè)計人員了解 CAN 抗噪設(shè)計的由來。CAN 是一種串行、兩線、差分總線技術(shù)。這意味著數(shù)據(jù)通過控制器局域網(wǎng)高 (CANH) 和控制器局域網(wǎng)低 (CANL) 總線線路上的兩個互補(bǔ)信號一次發(fā)送一位。

為了有效地解釋不同類型的信號，首先了解典型的 CAN 應(yīng)用很有用。每個 CAN 應(yīng)用都包含一個帶有內(nèi)置 CAN 控制器的微控制器和一個與總線相連的收發(fā)器。圖 1 顯示了這種分立實現(xiàn)。CAN 收發(fā)器處理的兩種信號是單端信號(TXD 和 RXD)和差分信號(CANH 和 CANL)。在正常運(yùn)行期間，CAN 收發(fā)器將來自 CAN 控制器的單端邏輯電平輸出信號 (TXD) 轉(zhuǎn)換為差分信號。它還將總線上的差分信號轉(zhuǎn)換回單端邏輯信號 (RXD) 以輸入到 CAN 控制器中。本質(zhì)上，收發(fā)器提供與 CAN 總線之間的差分驅(qū)動和差分接收能力。

CAN 總線有兩種邏輯狀態(tài)：顯性和隱性。當(dāng)向收發(fā)器的發(fā)送輸入引腳(通常稱為 TXD)施加邏輯低電平時，出現(xiàn)顯性狀態(tài)。隱性狀態(tài)對應(yīng)于收發(fā)器發(fā)送輸入引腳上的邏輯高電平。圖 2 顯示了這兩種狀態(tài)。

如您所見，在隱性狀態(tài)下，CANH 和 CANL 總線引腳都偏置到相同的電平：~2.5V。在顯性狀態(tài)期間，CANH 總線引腳偏置到較高的電壓電位 (~3.5V)，而 CANL 總線引腳偏置到較低的電壓電位 (~1.5V)。通過減去兩個總線引腳的電壓電位，可以使用公式 1 確定總線的邏輯狀態(tài)。當(dāng)總線上的 V diff值小于 0.5V 時，認(rèn)為總線處于隱性狀態(tài)?；蛘?，大于 0.9V 的V diff值表示總線處于顯性狀態(tài)。最后，對于 V diff0.5V 和 0.9V 之間的值，總線狀態(tài)未定義。由于使用兩個信號之間的差異來定義總線的狀態(tài)，因此這種信號類型稱為差分信號。此外，CANH 和 CANL 信號通常被稱為互補(bǔ)單信號，因為您需要知道這兩個信號的電壓電位才能確定總線的邏輯狀態(tài)。

只有連接到總線的所有收發(fā)器都在傳輸隱性狀態(tài)時，總線上才會存在隱性狀態(tài)，因為隱性狀態(tài)是弱偏置的，而顯性狀態(tài)是強(qiáng)偏置的。這類似于有線邏輯與連接。所有收發(fā)器都必須發(fā)送邏輯高電平信號，總線輸出才能變?yōu)檫壿嫺唠娖?。即使一個收發(fā)器發(fā)送一個邏輯 0，整個總線都將遵循該狀態(tài)并處于顯性狀態(tài)。