Warum verwendet der CAN-Bus einen 120-Ohm-Widerstand als Abschlusswiderstand und keinen anderen Wert?

Ich kenne die Gründe für die Verwendung von Abschlusswiderständen an einem CAN-Bus und weiß, wie wichtig dies ist.

Aber warum 120 Ohm? Wie ist dieser Wert entstanden? Gibt es einen bestimmten Grund, 120 Ohm zu verwenden?

Sie müssen mit der Übertragungsleitungstheorie vertraut sein , um die tiefer gehende Physik hier zu verstehen. Das heißt, hier ist die allgemeine Übersicht:

Wie wichtig die Terminierung für Ihr System ist, hängt fast ausschließlich von der Länge der Busleitungen ab. Hier wird die Länge anhand der Wellenlängen bestimmt. Wenn Ihr Bus kürzer als eine Wellenlänge über 10 ist, ist die Terminierung (praktisch) irrelevant, da die durch eine Impedanzfehlanpassung hervorgerufenen Reflexionen ausreichend Zeit haben, um nachzulassen.

Die in Wellenlängen definierte Länge ist bei der ersten Begegnung eine seltsame Einheit. Um in Standardeinheiten umzurechnen, müssen Sie die Geschwindigkeit der Welle und ihre Frequenz kennen. Die Geschwindigkeit ist eine Funktion des Mediums, durch das es sich bewegt, und der Umgebung des Mediums. Normalerweise kann dies ziemlich gut durch die Dielektrizitätskonstante des Materials und die Annahme eines Freiraums, der dieses Medium umgibt, abgeschätzt werden.

Die Frequenz ist etwas interessanter. Bei digitalen Signalen (z. B. in CAN) geht es um die maximale Frequenz im digitalen Signal. Dies ist gut angenähert durch f, max = 1 / (2 * Tr), wobei Tr die Anstiegszeit ist (konservativ definiert 30% -60% des endgültigen Spannungspegels).

Warum es 120 ist, ist einfach eine Funktion des Designs, das durch die physische Größe begrenzt ist. Es ist nicht besonders wichtig, welchen Wert sie in einem weiten Bereich gewählt haben (zum Beispiel könnten sie mit 300 Ohm gegangen sein). Alle Geräte im Netzwerk müssen sich jedoch an die Busimpedanz anpassen, sodass nach der Veröffentlichung des CAN-Standards keine Diskussion mehr stattfinden kann.

Hier ist ein Verweis auf die Veröffentlichung (Danke @MartinThompson).

Diese Art von CAN-Bus soll durch ein verdrilltes Adernpaar realisiert werden. Die Übertragungsleitungsimpedanz von nicht spezifiziertem verdrilltem Paar ist nicht genau, aber 120 Ω werden die meiste Zeit für die relativ großen Drähte, die üblicherweise für CAN verwendet werden, nahe sein.

Die Widerstände haben auch eine andere Funktion in CAN. Sie können sich CAN als einen Open-Collector-Bus vorstellen, der als differentielles Paar implementiert ist. Die Summe von 60 Ω ist das passive Zusammenziehen des CAN-Busses. Wenn der Bus nicht angesteuert wird, haben die beiden Leitungen aufgrund der 60 Ω zwischen ihnen die gleiche Spannung. Um den Bus in den dominanten Zustand zu versetzen, zieht ein Knoten die Leitungen auseinander, jeweils ungefähr 900 mV, was insgesamt ein Differenzsignal von 1,8 V ergibt. Der Bus wird nie aktiv in den rezessiven Zustand gefahren, einfach loslassen. Das heißt, der Widerstand zwischen den Leitungen muss niedrig genug sein, damit die Leitungen in einem Bruchteil einer Bitzeit in den Ruhezustand zurückkehren.

Es ist zu beachten, dass der tatsächliche CAN-Standard nichts über die physikalische Schicht aussagt, außer dass diese dominanten und rezessiven Zustände vorliegen müssen. Sie können einen CAN-Bus zum Beispiel als Single-Ended-Open-Collector-Leitung implementieren. Der Differentialbus, an den Sie denken, wird sehr häufig mit CAN verwendet und ist in Bustreiber-Chips verschiedener Hersteller enthalten, wie z. B. dem gemeinsamen Microchip MCP2551.

CAN-Bus ist ein Differentialbus. Jedes differentielle Drahtpaar ist eine Übertragungsleitung. Grundsätzlich sollte der Abschlusswiderstand mit der charakteristischen Impedanz der Übertragungsleitung übereinstimmen, um Reflexionen zu vermeiden. CAN-Bus haben eine Nennimpedanz von 120Ω. Aus diesem Grund verwenden wir an jedem Ende des Busses einen typischen Abschlusswiderstandswert von 120 Ω.