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低速CAN和高速CAN有什么本质区别


来源:智能汽车电子与软件
作者:小x

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1.低速容错CAN与高速CAN的定义


1986年Bosch在SAE(汽车工程人员协会)大会上提出CAN总线概念,CAN总线率先在汽车电子行业孕育。随后的1987年Intel推出第一片CAN控制器芯片82526,由此点亮CAN总线发展的星星之火。六年之后CAN国际标准ISO11898/ISO11519发布,CAN总线在通信领域的燎原之势由此展开。

图1 CAN总线应用行业

我们今天探讨的CAN总线分为:低速容错CAN、高速CAN,我们从物理层面上解读这两种总线。

高速CAN根据线缆的长度提供从5Kbit/s到1Mbit/s的波特率。这是物理层最流行的标准,这是因为它允许设备间简单的线缆连接。DeviceNet以及CANopen规范就是使用了这种物理标准。高速CAN网络在每个网络端点端接一个120欧姆的电阻。

低速/容错CAN提供从5 Kbit/s到125 Kbits/s的波特率。该标准允许在CAN总线连线失败时CAN总线通信得以继续进行。在低速/容错CAN网络,每种设备都有它自己的终端。

由于终端的类型不同,因此高速和低速/容错CAN设备不能在同一个网络中使用。

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2.低速容错CAN和高速CAN的区别


这两种总线的主要区别在于电平逻辑。可以从以下几种情况来说明:空闲时、有效时、睡眠时、唤醒时。这里假设收发器的电源为标准的5V和12V。

1、空闲时(即通常说的隐性位)

2、有效时(即通常说的显性位)

3、睡眠时

4、唤醒时

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3.低速容错CAN和高速CAN电气特性比较


高速CAN总线上为显性电平(逻辑0)时,CAN_H为3.5V、CAN_L为1.5V,此时电压差是2V,显性状态的CAN总线电压范围如下图(标准来源:ISO 11898-2:2006)所示:

高速CAN总线上为隐性电平(逻辑1)时,CAN_H和CAN_L都为2.5V,此时电压差就是0V,隐性状态的CAN总线电压范围如下图(标准来源:ISO 11898-2:2006)所示:

低速CAN总线上为显性电平(逻辑0)时,CAN_H为3.6V、CAN_L为1.4V,此时电压差是2.2V。总线上为隐性电平(逻辑1)时,CAN_H为0.3V、CAN_L都为4.7V,此时电压差就是-4.4V,显性状态和隐性状态的CAN总线电压范围如下图(标准来源:ISO 11898-3:2006)所示:


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4.低速容错CAN和高速CAN终端电阻比较


高速CAN线需要在CAN_H和CAN_L加终端电阻,电缆上的终端电阻应与电缆的标称阻抗相匹配,终端匹配电阻一般为120Ω,每个终端电阻应能消耗0.25W的功率(标准来源:ISO 11898-2:2003)。


如果高速CAN传输线路没有终止,线路上的每个信号变化都会导致反射,这可能会导致通信故障。由于通信在CAN总线上双向流动,因此CAN要求终止电缆的两端。然而,这一要求并不意味着每个设备都应该有一个终端电阻。如果沿电缆放置多个设备,只有电缆末端的设备应该有终端电阻。放置终端电阻位置如下所示:

与高速CAN不同,低速CAN需要在低速CAN收发器上终止,而不是在电缆上。该终端需要两个电阻器:RTH用于CAN_H,RTL用于CAN_L。这种配置允许Philips fault-tolerant CAN收发器检测并从总线故障中恢复。

Philips建议低速CAN网络,一个整体的RTH和RTL终端电阻为100Ω到500Ω(每个)。整个网络终端电阻可以确定如下公式:


低速CAN网络上的每个设备每条CAN数据线都需要一个终端电阻:RTH用于CAN_H,RTL用于CAN_L,放置终端电阻位置如下所示:


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5.补充知识:ISO 11898-3与ISO 11519-2标准的关系


ISO 11519由以下部分组成,总称“道路车辆—低速串行数据通信”:

Part 1:General and definitions 概述和定义
Part 2:Low-speed controller area network (CAN) 低速控制器局域网(CAN
Part 3:Part 3: Vehicle area network (VAN) 车辆局域网(VAN

ISO 11519-2:1994(Low-speed controller area network (CAN), 低速控制器局域网(CAN)),指定CAN的数据链路层和物理层,这是用于公路车辆应用的高达125 Kbit/s的通信网络。低速CAN是一种串行通信协议,支持分布式实时控制和多路复用。根据ISO 7498在ISO-OSI模型中定义的层次结构层中定义网络的一般体系结构。该标准允许在CAN总线连线失败时CAN总线通信得以继续进行。

ISO 11898-3:2006( Road vehicles — Controller area network (CAN) — Part 3: Low-speed, fault-tolerant, medium-dependent interface,道路车辆—控制器局域网(CAN)—第3部分:低速,容错,介质相关的接口),规定了在配备有控制器局域网(CAN)的道路车辆电子控制单元之间以40 Kbit/s至125Kbit/s的传输速率建立数字信息交换的特性。

标准ISO 11519-2-1994已经在2006年被ISO 11898-3-2006代替了,符合标准ISO 11898-3的产品也是支持符合ISO 11519-2标准的产品。


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总结


  1. 高速CAN和低速CAN的物理层电气特性不一样,因此不能把它们连接在一起

  2. 高速CAN主要应用在发动机、变速箱等对实时性、数据传输速度要求高的场合

  3. 低速CAN主要应用在对车身控制系统等对可靠性要求高的场合

  4. CAN-H或CAN-L任意一根导线折断,高速CAN节点不能收发,但低速CAN节点可以接受。因此低速CAN的可靠性高于高速CAN,例如在发生事故时CAN线折断一根,车门控制器还可以接收CAN信号开门

  5. 低速CAN节点必须连接电源才能正常工作

  6. 通用汽车单线CAN(Single Wire CAN)和低速CAN应用一致

参考来源:
《高速CAN,低速CAN和单线CAN有什么区别》-暴君梁
《高速CAN、低速容错CAN、单线CAN三者比较》-IT技术猿
《详解CAN总线:高速CAN总线和低速CAN总线的特性》-不脱发的程序猿
《高速CAN,低速CAN, 单线CAN分别是什么意思?》-1586856
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