CAN 总线信号是什么样的？

CAN 是Controller Area Network 的缩写(以下称为CAN)，是ISO国际标准化的串行通信协议。在汽车产业中，出于对安全性、舒适性、方便性、低功耗、低成本的要求，各种各样的电子控制系统被开发了出来。由于这些系统之间通信所用的数据类型及对可靠性的要求不尽相同，由多条总线构成的情况很多，线束的数量也随之增加。为适应“减少线束的数量”、“通过多个LAN，进行大量数据的高速通信”的需要，1986 年德国电气商博世公司开发出面向汽车的CAN 通信协议。此后，CAN 通过ISO11898 及ISO11519 进行了标准化，在欧洲已是汽车网络的标准协议。

CAN 的高性能和可靠性已被认同，并被广泛地应用于工业自动化、船舶、医疗设备、工业设备等方面。现场总线是当今自动化领域技术发展的热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网。它的出现为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持。

与其它现场总线比较而言，CAN总线是具有通信速率高、容易实现、且性价比高等诸多特点的一种已形成国际标准的现场总线。这些也是CAN总线应用于众多领域，具有强劲的市场竞争力的重要原因。

在这篇文章中，我将重点介绍 CAN 总线上的信号电平，以便设计人员了解 CAN 抗噪设计的由来。CAN 是一种串行、两线、差分总线技术。这意味着数据通过控制器局域网高 (CANH) 和控制器局域网低 (CANL) 总线线路上的两个互补信号一次发送一位。

为了有效地解释不同类型的信号，首先了解典型的 CAN 应用很有用。每个 CAN 应用都包含一个带有内置 CAN 控制器的微控制器和一个与总线相连的收发器。图 1 显示了这种分立实现。CAN 收发器处理的两种信号是单端信号(TXD 和 RXD)和差分信号(CANH 和 CANL)。在正常运行期间，CAN 收发器将来自 CAN 控制器的单端逻辑电平输出信号 (TXD) 转换为差分信号。它还将总线上的差分信号转换回单端逻辑信号 (RXD) 以输入到 CAN 控制器中。本质上，收发器提供与 CAN 总线之间的差分驱动和差分接收能力。

CAN 总线有两种逻辑状态：显性和隐性。当向收发器的发送输入引脚(通常称为 TXD)施加逻辑低电平时，出现显性状态。隐性状态对应于收发器发送输入引脚上的逻辑高电平。图 2 显示了这两种状态。

如您所见，在隐性状态下，CANH 和 CANL 总线引脚都偏置到相同的电平：~2.5V。在显性状态期间，CANH 总线引脚偏置到较高的电压电位 (~3.5V)，而 CANL 总线引脚偏置到较低的电压电位 (~1.5V)。通过减去两个总线引脚的电压电位，可以使用公式 1 确定总线的逻辑状态。当总线上的 V diff值小于 0.5V 时，认为总线处于隐性状态。或者，大于 0.9V 的V diff值表示总线处于显性状态。最后，对于 V diff0.5V 和 0.9V 之间的值，总线状态未定义。由于使用两个信号之间的差异来定义总线的状态，因此这种信号类型称为差分信号。此外，CANH 和 CANL 信号通常被称为互补单信号，因为您需要知道这两个信号的电压电位才能确定总线的逻辑状态。

只有连接到总线的所有收发器都在传输隐性状态时，总线上才会存在隐性状态，因为隐性状态是弱偏置的，而显性状态是强偏置的。这类似于有线逻辑与连接。所有收发器都必须发送逻辑高电平信号，总线输出才能变为逻辑高电平。即使一个收发器发送一个逻辑 0，整个总线都将遵循该状态并处于显性状态。