CAN-bus 传输介质

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CAN-bus CAN-bus 传输介质传输介质

Version 1.10 版

2006 年 5 月


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目录目录

物理层CAN-bus 传输介质CAN-bus 双绞线CAN-bus 光纤


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物理层物理层

Application

Presentation

Session

Transport

Network

Data Link Layer

Physical Layer

OSI 参考模型

Physical Signaling (PLS) - Bit Encoding/Decoding

- Bit Timing/SynchronizationPhysical Medium Attachment (PMA) - Driver/Receiver CharacteristicsMedium Dependent Interface (MDI) - Connectors

Logical Link Control (LLC) - Acceptance Filtering

- Overload Notification

- Recover ManagementMedium Access Control (MAC) - Data Encapsulation/Decapsulation

- Frame Coding (stuffing/destuffing)

- Error Detection/Signaling

- Serialization/Deserialization


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物理层物理层Physical Signaling (PLS) - Bit Encoding/Decoding - Bit Timing/Synchronization物理介质配置 (PMA) - 收发器件特性介质依存接口 (MDI) - 连接器 - 线缆，光纤等


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物理层物理层物理层并不由 CAN 规定

包括 PMA 和 MDI

必须与 CAN 的规格兼容必须规定显性和隐性状态

显性位状态可以覆盖隐性状态仲裁错误帧的产生

物理层特性符合 ISO 11898 标准

物理层并不由 CAN 规定包括 PMA 和 MDI

必须与 CAN 的规格兼容必须规定显性和隐性状态

显性位状态可以覆盖隐性状态仲裁错误帧的产生

物理层特性符合 ISO 11898 标准


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CAN-bus CAN-bus 传输介质传输介质单线（汽车）双绞线屏蔽双绞线同轴电缆单模光纤无线通信

V

CANH

CANL

R


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物理介质必须支持“显性”和“隐性”状态，“显性”状态支配“隐性”状态，例如在总线仲裁时。

双线结构总线必须使用终端电阻抑制信号反射，并且采用差分信号传输减弱电磁干扰（ EMI ）的影响。

使用光学介质时，隐性电平通过状态“暗”表示，显性电平通过状态“亮”表示；

同一段 CAN-bus 网络采用相同的传输介质。

物理介质必须支持“显性”和“隐性”状态，“显性”状态支配“隐性”状态，例如在总线仲裁时。

双线结构总线必须使用终端电阻抑制信号反射，并且采用差分信号传输减弱电磁干扰（ EMI ）的影响。

使用光学介质时，隐性电平通过状态“暗”表示，显性电平通过状态“亮”表示；

同一段 CAN-bus 网络采用相同的传输介质。

传输介质（传输介质（ Bus MediumBus Medium ））


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双绞线特点双绞线特点

目前，采用双绞线的 CAN总线分布式系统已得到广泛应用，如汽车电子、电梯控制、电力系统、远程传输等。

技术上容易实现、造价低廉；理论上节点数无限制、对环境电磁辐射有一定抑制能

力；随着频率的增长，双绞线线对的衰减迅速增高；双绞线有所谓的近端串扰；适合 CAN-bus 网络 5Kbps ～ 1Mbps 的传输速率。

技术上容易实现、造价低廉；理论上节点数无限制、对环境电磁辐射有一定抑制能

力；随着频率的增长，双绞线线对的衰减迅速增高；双绞线有所谓的近端串扰；适合 CAN-bus 网络 5Kbps ～ 1Mbps 的传输速率。


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CAN 总线电平标称值CAN 总线电平标称值双绞线（双绞线（ ISO 11898-2ISO 11898-2 ））


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双绞线（双绞线（ ISO 11898-2ISO 11898-2 ））双绞线（双绞线（ ISO 11898-2ISO 11898-2 ））

R

Node 1 Node 2

R

Node n

CANH

CANL

3.5 V

1.5 V

2.5 V

Termination


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双绞线参数（双绞线参数（ ISO 11898-2ISO 11898-2 ））双绞线参数（双绞线参数（ ISO 11898-2ISO 11898-2 ））高速差分总线

双线平衡信号有公共地

信号线结构较短的残余

双绞线或平行线非屏蔽或屏蔽线缆阻抗 = 120 Ω最高速度达 1 Mbps

高速差分总线双线平衡信号

有公共地信号线结构

较短的残余双绞线或平行线非屏蔽或屏蔽线缆阻抗 = 120 Ω最高速度达 1 Mbps

空闲置位

3.5 V

1.5 V

2.5 V


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双绞线参数双绞线参数（（ ISO 11898-2ISO 11898-2 ））双绞线参数双绞线参数（（ ISO 11898-2ISO 11898-2 ））

最长的总线长度可达 40m @

1 Mbps其它的情况无定义

线路延迟 = 5 ns/m ( 名义值 )

规定了电气指标而不是机械指标

可使用 galvanic ( 光学 ) 绝缘

最长的总线长度可达 40m @

1 Mbps其它的情况无定义

线路延迟 = 5 ns/m ( 名义值 )

规定了电气指标而不是机械指标

可使用 galvanic ( 光学 ) 绝缘

空闲置位

3.5 V

1.5 V

2.5 V


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ISO 11898 电缆推荐参数：直流参数、特性阻抗 ISO 11898 电缆推荐参数：直流参数、特性阻抗

总线长度电缆

终端电阻最大位速率直流电阻导线截面积

0－40m 70mΩ/ m 0.25-0.34 mm2

AWG23, AWG22 124Ω / 1% 1Mbit/ sat 40m

40－300m <60mΩ/ m 0.34 - 0.6 mm2

AWG22, AWG20 127 Ω / 1% >500kbit/ sat 100m

300－600m <40mΩ/ m 0.5 - 0.6 mm2

AWG20 127 Ω / 1% >100kbit/ sat 500m

600－1000m <26mΩ/ m 0.75 - 0.8 mm2

AWG18 127 Ω / 1% >50kbit/ sat 1km

电缆参数（电缆参数（ ISO 11898-2ISO 11898-2 ））


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电缆选择的要素电缆选择的要素线长 : 如果外部干扰比较弱，如果外部干扰比较弱， CAN-busCAN-bus 中的短中的短

线（长度线（长度 <0.3<0.3mm ））可以采用扁平电缆可以采用扁平电缆；；波特率：由于取决于传输线的延时，由于取决于传输线的延时， CAN-busCAN-bus

总线的通讯距离可能会随着波特率减小而增加；总线的通讯距离可能会随着波特率减小而增加；外界干扰： CANCAN 总线可以采用带屏蔽层的双绞总线可以采用带屏蔽层的双绞

线；线；特征阻抗：所采用的传输线的特征阻抗约为所采用的传输线的特征阻抗约为 1212

00 欧姆；欧姆；有效电阻：所使用的电缆的电阻必须足够的小所使用的电缆的电阻必须足够的小

以避免线路压降过大。以避免线路压降过大。


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电缆结构分析电缆结构分析

单屏蔽层的单屏蔽层的 CANCAN 电缆剖析与连接电缆剖析与连接


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电缆适用类型电缆适用类型推荐的电缆类型推荐的电缆类型


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导线长度与波特率导线长度与波特率波特率与长度的关系波特率与长度的关系

基本公式：基本公式：Max Bit Rate Max Bit Rate [Mbps][Mbps]

×Max Bus ×Max Bus Length[m] Length[m]

≤ ≤ 6060


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双绞线的使用双绞线的使用双绞线采用抗干扰的差分信号传输方式；双绞线采用抗干扰的差分信号传输方式；

使用非屏蔽双绞线作为物理层，只需要有使用非屏蔽双绞线作为物理层，只需要有 22 根线根线缆作为差分信号线（缆作为差分信号线（ CANHCANH 、、 CANL)CANL) 传输；传输；

使用屏蔽双绞线作为物理层，除需要使用屏蔽双绞线作为物理层，除需要 22 根差分信根差分信号线（号线（ CANHCANH 、、 CANL)CANL) 的连接以外，还要注意的连接以外，还要注意在同一网段中的屏蔽层（在同一网段中的屏蔽层（ SHIELDSHIELD ））单点接地问单点接地问题。题。


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双绞线网络的注意事项双绞线网络的注意事项以下列表说明了组建以下列表说明了组建 CANCAN 网络时应该遵守的网络时应该遵守的规则规则


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光纤的选择光纤的选择石英光纤特点：石英光纤特点：衰减小，技术比较成熟；衰减小，技术比较成熟；纤带宽大，抗电磁干扰；纤带宽大，抗电磁干扰；易成缆特性；易成缆特性；芯径很细（小于芯径很细（小于 1010µµmm ）；）；连接成本较高。连接成本较高。


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光纤的选择光纤的选择塑料光纤特点：塑料光纤特点：成本与电缆相当；芯径达（ 0.5~1mm) ；连接易于对准；重量轻；损耗将低到 20dB/km 。


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光纤应用场合光纤应用场合多模光纤一般用于建筑物内或地理位置多模光纤一般用于建筑物内或地理位置

相邻的环境中；相邻的环境中；单模光纤是当前计算机网络中研究和应单模光纤是当前计算机网络中研究和应

用的重点；用的重点；塑料光纤在高速距离通信网络中得到广塑料光纤在高速距离通信网络中得到广

泛应用。泛应用。


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光纤网络构成方式光纤网络构成方式光纤网络的构成方式有两种：一种是基于光纤定向耦合器的无延时环网；另一种是基于光电收发模块的中继型环网；


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CAN-busCAN-bus 光纤传输光纤传输光纤光纤 CANCAN 网络的拓扑结构网络的拓扑结构总线形：总线形：可有一根共享的光纤总线组成，各节可有一根共享的光纤总线组成，各节

点另需总线耦合器和站点耦合器实现总线和节点另需总线耦合器和站点耦合器实现总线和节点的连接；点的连接；

环形：环形：每个节点与紧邻的节点以点到点链路相每个节点与紧邻的节点以点到点链路相连，形成一个闭环；连，形成一个闭环；

星形：星形：每个节点通过点到点链路与中心星形耦每个节点通过点到点链路与中心星形耦合器相连；合器相连；

塑料光纤网络不宜采用总线拓扑结构塑料光纤网络不宜采用总线拓扑结构


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CAN-busCAN-bus 光纤传输光纤传输与双绞线和同轴电缆相比– 光纤的低传输损耗使中继之间距离大为增加；– 光缆还具有不辐射能量、不导电、没有电感；– 光缆中不存在串扰以及光信号相互干扰的影响；– 不会有在线路“接头处”感应耦合导致的安全问题；– 强大的抗 EMI 能力。目前存在的问题– 价格昂贵，设备投入成本较高；– 点对点的通讯方式。

与双绞线和同轴电缆相比– 光纤的低传输损耗使中继之间距离大为增加；– 光缆还具有不辐射能量、不导电、没有电感；– 光缆中不存在串扰以及光信号相互干扰的影响；– 不会有在线路“接头处”感应耦合导致的安全问题；– 强大的抗 EMI 能力。目前存在的问题– 价格昂贵，设备投入成本较高；– 点对点的通讯方式。

适用场合汽车电子干扰严格场合安全控制领域远距离通讯


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CAN-bus 技术网站http://www.embedcontrol.com

CAN-bus 技术讨论园地http://www.21icbbs.com/club/bbs/bbsView.asp?boardid=43

CAN-bus服务邮箱[email protected]

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