高速CAN和低速CAN有什么标准

[导读]CAN标准：ISO11898(通信速度为 5kbps - 1Mbps 的 CAN 高速通信标准，其中CAN FD(Flexible Data-rate)纳入了ISO 11898-1:2015标准中)和ISO11519(通信速度为 125kbps 以下的 CAN 低速通信标准)。

随着汽车内各个系统的控制都在向智能化和自动化转变，汽车电气系统变得越来越复杂，不同的汽车OEM和Tier-1厂商纷纷研究定义不同汽车总线标准，以减少线束网络复杂度和降低电子系统的故障，同时降低整车成本。其中CAN总线在汽车总线中应用最为广泛，采用合适的网络拓扑以及提升EMC性能对CAN收发器在环境复杂的汽车应用中有着重要意义。纳芯微推出了多款可以实现不同系统应用的CAN收发器。本篇应用笔记主要对网络中的节点数量计算以及收发器的外围电路设计选择进行介绍。

CAN有什么标准：

CAN标准：ISO11898(通信速度为 5kbps - 1Mbps 的 CAN 高速通信标准，其中CAN FD(Flexible Data-rate)纳入了ISO 11898-1:2015标准中)和ISO11519(通信速度为 125kbps 以下的 CAN 低速通信标准)。具体标准可以百度，或者私信我。

CAN的电压特性：CAN网络中的物理信号传输基于电压差的传输(差分信号传输)。高速CAN和低速CAN的电压差分电压大于0.9V时为显性电平，对应逻辑“0”，小于0.5V为隐性电平，对应逻辑“1”。

差分(负载)电阻的作用：

1.在显性状态期间，总线的寄生电容会被充电，而在恢复到隐性状态时，这些电容需要放电。如果CANH、CANL之间没有放置任何阻性负载，电容只能通过收发器内部的差分电阻放电，这个阻抗是比较大的，放电时间就会明显比较长。因此，总线的终端电阻的第一作用是放电。

2.隐性时差分电阻阻值很大，内部的MOS管属于高阻态，外部的干扰只需要极小的能量即可令总线进入显性(一般的收发器显性门限最小电压仅500mV)。这个时候如果有差模干扰过来，总线上就会有明显的波动，而这些波动没有地方能够吸收掉他们，就会在总线上创造一个显性位出来。所以为提升总线隐性时的抗干扰能力，增加一个差分负载电阻，且阻值尽可能小，以杜绝大部分噪声能量的影响。然而，为了避免需要过大的电流总线才能进入显性，阻值也不能过小。

CAN(Controller Area Network)是由ISO定义的一种串行通信，它是一种能有效地支持高安全等级的分布实时控制的新一代协议，属于范畴。CAN最早被设计作为环境中的通讯，在车载各电子控制装置与ECU之间交换信息，形成控制网络，目前应用领域已经相当广泛。

近年来，支持CAN协议的芯片不断推出，给用户带来了极大的方便。随着我国对需求的增加，CAN总线已经会成为我国最常用的现场总线之一。

基于CAN总线的ECU电子控制单元的开发，也是现在最热门的研究。现在对CAN总线芯片的研究已经不再局限于单一芯片的研究，而是把所有的功能芯片都集中在一块芯片上实现一个完整的ECU的功能。

本项目目的是利用实现一款支持CAN2.0协议的总线，完成一个通用的能够满足CAN2.0协议的CAN总线控制器软IP核，这样可以在以后的应用中方便的集成到其他系统中去。本文使用语言，设计了一款支持CAN2.0协议的CAN总线控制器，并利用FPGA芯片在CAN总线网络中对其进行了测试，实现了设计目的。创新点为CAN_Registers设计中寄存器模块、位流处理器的收发部分功能、测试程序、基于该FPGA的CAN总线控制器的节点电路等。

1. CAN总线节点数计算

一个CAN网络中，总线所能支持挂载的最大节点数是衡量CAN收发器性能的一个重要参数。影响CAN 总线节点数量的因素可以从CAN收发器的物理层和协议层两个方面去考虑。

首先物理层方面，总线节点的输出差分电压大小决定了CAN总线电平能否被正常识别，通讯能否正常进行，主要由总线负载电阻RL来决定，而RL取决千总线终端匹配电阻以及各节点总线差分输入电阻 Rdif,我们可以通过如下方式从物理层角度去估算—个 CAN网络的最大节点数。

图1.1 n个节点的CAN网络总线拓扑

上图为挂载n个CAN节点的总线网络拓扑示意图，其中RT为终端匹配电阻，Rdif为CAN收发器的总线差分输入电阻。可以通过电路等效的方法得到如下所示简易拓扑图：

图1.2 n个节点的CAN网络等效电路图

如上图所示，Node 1作为信号发送，Node n作为信号接收。从Node 1端看进去的线路等效电阻为：

将(1)式化简可得：

RT为终端匹配电阻，此处取120Ω;Rdif为差分输入电阻，这里取20kΩ;RL可支持的负载电阻范围为 45Ω~700Ω，当RL=45Ω时，n取最大值为112。所以在此参数条件下的CAN总线网络中，最多可支持挂载112个CAN节点。

从协议层方面来考虑，当总线节点数越多，总线越长，线路寄生越大，对于本地节点信号自发自收的工况下，总线寄生越大，有可能导致回环回来的信号衰减较多，CAN控制器的采样发生错误，导致通讯异常;而对于相距较远两个节点之间进行通信的工况下，中间节点越多，线路越长，导致信号传播延时较长，接收端在接收到发送端发出的CAN信号后会进行帧内应答(ACK)，传播延时较长可能导致应答不及时，通讯失败。所以在计算CAN总线最大挂载节点数时，应考虑线路寄生以及传播延时的影响，具体要求为由线路寄生较大引起的信号衰减不应使得CAN控制器的采样出现偏差，导致通讯异常;同时信号在传输路径上的传播延时应小于1/2的位时间，保证接收节点能够及时应答，不会导致通讯失败。

2.CAN总线外围电路设计参考

在汽车应用中，EMC问题是一个被广泛关注的问题，而与传统汽车相比，新能源汽车的EMC问题更加突出，因此对于汽车中大量使用的总线接口芯片的EMC性能要求也比较高。为了获得较好的EMC性能，除了芯片设计的考虑之外，系统中芯片外围电路的补充完善也是至关重要的。这一部分将着重介绍一下CAN芯片外围电路的一些参考设计(如图2.1所示)。