CAN总线如何保障节点数量？

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影响总线节点数的因素是多种多样的，在此，我们从满足接收节点的差分电压幅值这一关键方面来深入探讨。
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% X1 T1 w. y8 D因为只有充分满足了这个前提条件，确保接收节点能够准确识别信号，我们才有基础去进一步考虑总线的其他因素，诸如寄生电容、寄生电感对信号的影响，否则后续的优化都将失去意义。

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0 e7 F6 J. S. g, v发送节点的 CAN 接口负载
为何要着重考虑 CAN 接口负载呢？

$ l4 o# f  a* jCAN 接口负载实际上指的就是 CANH、CANL 之间的有效电阻值大小，这个电阻值的大小会直接对发送节点输出的差分电压的幅值产生显著影响。
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当进行组网后，网络中各个节点的负载电阻 RL 越接近，整个网络的信号传输稳定性就越高。
- Q, J/ {3 X8 J7 d3 F( A5 U
) ]* B1 j8 |# g; M* B如下图所示，这是我们针对 CTM1051M 小体积 CAN 隔离模块在不同负载下进行测试所得到的输出差分电压幅值结果。

从图中可以清晰地看出，在负载电阻由 45Ω 不断增大到 66Ω 的过程中，节点的输出差分电压也随之由 1.84V 增大到 2.16V，两者呈现出近似线性的关系。

& u( |6 W/ y# d这就意味着，为了防止发送节点的输出差分电压过低，以至于接收节点无法正常识别，在实际组网时，负载电阻应当严格控制在下图所展示的合理范围内波动。
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进一步分析 RL 的组成，它主要包含 3 个部分：终端电阻、总线节点的差分输入电阻、总线本身的有效电阻。
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- N. @# ?9 c/ W8 J2 }  ^终端电阻
在总线的两端均需要添加终端电阻，其作用至关重要。

尤其是当总线距离较长时，总线自身的有效电阻会增大，信号传输过程中的损耗也随之加大。
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! P; t- f5 s7 [9 b此时，可以适当增加终端电阻值，以此来减小总线有效电阻所带来的损耗，通常终端电阻值可选在 150Ω - 300Ω 这个区间范围内。

差分输入电阻
5 ?! v: H. f2 d7 B' B* m# G根据 ISO 11898 标准中的规定，收发器的差分输入电阻范围应当处于 10kΩ - 100kΩ 之间。

* i$ i9 M2 d% s- Y3 ^以 CTM1051M 系列收发器为例，其差分输入电阻为 19kΩ - 52kΩ，典型值为 30 kΩ。
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2 w; o3 o4 P0 c  i! y' S) ~) F! w3 @" [倘若我们按照最多节点组网的方式来考虑，即假设网络中有 110 个节点，若都按典型值 30 kΩ 计算，那么整个总线的差分输入电阻将会达到 30 kΩ/110 = 273Ω。
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+ y( |; d0 n' {: ~0 X5 ^. m0 n如此大的电阻值与终端电阻并联时，必然会显著增加节点的负载，对信号传输产生不利影响。

+ H$ `8 o, W# Z! g5 X8 |总线有效电阻
  C. i& g6 B0 l* G( t在实际布线过程中，如果选用较小截面积的双绞线作为总线，其有效电阻往往能够达到几十欧姆。

2 U$ A1 _: ]9 t, V% _: D9 ?特别是在长距离通信的情况下，总线对差分信号的影响将会变得非常大。例如常用的 RVS 非屏蔽双绞线，其电阻值从 8.0Ω/km 到 39.0Ω/km 不等，这就可能导致接收点的电平达不到能够被识别的范围，造成信号丢失或误判。
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此外，差分电压除了受到负载电阻的影响之外，还会受到供电电压的影响。

) c. g5 r" ]2 @7 q% B& J0 c  [如下图所示，这是我们测试 CTM1051M 模块在不同电压以及不同负载下的差分电压幅值所得到的曲线。

2 b" ~- O7 w4 n( `0 X从图中可以明显观察到，当电源电压升高 0.5V 时，差分电压幅值大约会随之升高 0.3V。

这一规律为我们在实际设计中，通过调整供电电压来优化差分电压幅值提供了参考依据。
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接收节点的识别电平
接收节点都有其特定的电平识别范围，以 CTM1051M 为例，其 CAN 接口典型参数如下图所示。
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& ^! i/ h' b7 X+ V根据该参数可知，节点输入显性电平应大于 0.9V。

而在 ISO 11898 标准中规定，总线上的任意点的最小电平应大于 1.2V，所以在组网时，我们务必确保差分电压大于此值，这样才能保证接收节点能够可靠地识别信号，避免出现误判或漏判的情况。
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实际组网分析
目前市面上的收发器，其最大组网节点数通常为 110 个。

在实际组网过程中，我们需要充分考虑上述所提及的各类电阻参数，通过合理的配置，确保总线上的差分电压始终维持在一个合理的范围内。

7 b% F- n8 X7 M  H如下图所示，这是 CTM1051M 推荐的组网拓扑结构，在进行实际布线和元器件选型时，我们必须全面考虑总线电阻、终端电阻、发送点以及接收点的电压参数等诸多因素。
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7 {, ^* W( [/ R其等效电路如下图所示，根据这个等效电路，我们可以调整的关键参数主要有终端电阻 RT、发送节点电压 VOUT、总线有效电阻 RW。
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5 U9 R3 a% [' A5 x: q不过需要注意的是，在实际的组网环境中，各节点的 RW、RIN 往往难以精确确定，若单纯依靠公式计算来进行参数调整，过程将会十分繁琐。
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: ]4 C% W. s& D此时，一种较为简便的方法便是直接测量总线两端的节点电压。

; S4 D5 c8 P# J9 w例如，当发现网络的总线电阻过大时，从节点 1 到节点 n 这一段总线对信号的损耗就会很大，一旦节点 n 接收的差分电压低于 1.2V，就需要及时增大终端电阻，以提升信号强度。

: `/ \" C8 n* w) a+ W再比如，在使用浪涌抑制器的场合，假设在图 7 的节点 1 和节点 2 之间增加 SP00S12 信号浪涌抑制器，由于其直流等效电阻为 9.5Ω，此时可将其等效为总线的有效电阻的一部分。
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当节点 1 收到的电压过低时，我们可以通过适当减小总线有效电阻，并同时提高节点 1 处的终端电阻，以此来弥补浪涌抑制器接入所带来的额外损耗，确保整个网络的稳定运行。

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