CAN总线冷知识：边沿台阶是怎么来的？（一）

你了解CAN总线波形吗？你知道是什么因素造成CAN信号不稳定的吗？本文将带你探究影响CAN波形稳定的重要因素——边沿台阶。

阻抗匹配是指信号源或者传输线跟负载之间达到一种适合的搭配，阻抗匹配主要为了调整负载功率和抑制信号反射。然而，阻抗不匹配的现象在CAN总线网络中随处可见；如图1所示，阻抗不匹配的将造成7个现象，其中最受关注的为上升沿和下降沿的台阶。

图1  阻抗不匹配波形

下文将针对边沿台阶的现象做详细介绍：

解释边沿台阶是怎么出现的；

边沿台阶如何消除；

边沿台阶对总线有何影响。

1边沿台阶的源头

在CAN总线的网络布局中，手牵手直线型拓扑是最理想最常规的布局；但是在实际现场中，经常会出现分支的现象。这里重点提一下，在计算CAN总线长度的时候，分支（从收发器端至总线）长度也要加上。

为此我们做了分支过长的实验，实验中CAN总线中有三个CAN节点，主干线长度为15米，其中一个节点的分支长度为1米，波特率为250k的情况下进行通信。下图为实验的CAN波形图，明显可以看到上升沿和下降沿存在台阶现象，从而引起波特率变化，导致接收节点采样出错（也称位宽错误）。

所以，边沿台阶出现的源头主要是CAN节点的分支，分支过长形成的反射就变强，将会导致位宽度失调的错误。ISO11898中只规定1M波特率下分支不超过0．3米，但是在其它情况下并没有做声明，这个便取决于现场工程师们的经验。

2消除边沿台阶

边沿台阶是造成错误波形的罪魁祸首，那么该如何消除边沿台阶的现象呢？下文将从源头以及补救措施上分别介绍一些可靠有效的方法。

1、减少分支长度

在CAN网络布局的根源上解决问题的方式就是减少CAN节点的分支长度，从而降低信号反射，保证位宽的稳定性。在上述实验中，其它条件不变，只将分支长度减少为20cm；下图为CAN波形图，此时并没有看到边沿台阶的出现。由此可见，减少分支长度是消除边沿台阶的最直接方式。

2、长分支上加适当电阻

在网络布局无法改变，分支引起的信号反射必须存在的情况下。最实用的方法就是在长分支末端加上电阻，消除信号反射。同样的在上述实验中，在分支节点处加上一个200Ω的电阻，其它条件不变进行通信实验。下图为实验的CAN波形图，此时可以看到边沿台阶已被消减，但是加了电阻之后差分电压变小，注意差分电压不得小于0．9V。这里值得一提的是：阻值大于500Ω的电阻吸收反射的能力很弱，所以在末端挂电阻的时候应小于500Ω。

3、缩短残端

前面提到分支长度指的是从节点收发器至总线处的距离，在节点设计之初，应选择TTL远传方式，因为TTL电平不受CAN电容影响，所以收发器应靠近接口摆放，以减少分支残段的长度，建议控制在10cm以内，可以保证阻抗连续。

TTL远传最直接的方式就是将CAN收发器紧挨着CAN主干线放置，这样就没有分支长度。光缆星型拓扑结构便是使用这种方式，如下图；CAN光纤收发器内置在盒子里面，使用TTL电平远传到另一个CAN光纤收发器，解决了节点随意变化问题（节点任意上下电或插拔）。