硬件接口协议之“CAN总线波特率和传输距离”

本文主要介绍CAN总线的波特率和传输距离之间的关系。


众所周知,低速CAN能在40kbps的速率下传输1km(有的甚至更高),如果将通信速率降到5kbps以下,传输距离甚至能到10km,高速CAN能在1Mbps的速率下传输40m,CAN FD的传输速率已经达到5Mbps、10Mbps甚至12Mbps,那他的传输距离能到多少呢?

由于波特率与通讯距离成反比,在相同条件下,提升波特率通讯距离必然会缩短。波特率指的是CAN波形中最小位宽时间的倒数。



在理想条件下,通讯距离(m)等于50000除以波特率(kbps),但是在现场环境中,由于各种干扰的存在,实际通讯距离会大打折扣,实际通讯距离可能是理想值的百分之70,甚至更低。所以,影响通讯距离的因素不只是波特率,还有现场环境以及CAN网络布局等因素。CAN FD升级之后,在同等条件下,若提高波特率,通讯距离必然减小。按照上面的公式,如果波特率达到5M,实际通讯距离为7m或者更短。所以一般只有板间通讯才会选择5M波特率。
由于收发器输出是电平值,电平在传输的过程中难免衰减,线缆本身的阻抗和容抗无法避免,其次首尾终端电阻也是必要的,下面来说说CAN FD升级之后,波特率(位时间)与终端电阻对整个CAN FD网络的影响。
由于CAN的电平是由显隐性电平构成的,其中上升沿是由CAN收发器芯片本身驱动的。当显性电平转变为隐形电平的时候,需要终端电阻放电,所以下降沿是由终端电阻放电造成的。当收发器外围电路容性较大或者线缆容抗较大时,就会导致下降沿变缓。
通常线缆的传输延迟为5ns/m线缆电容在40-70pF/m
增加终端电阻可以加快放电过程,但是会使传输电平幅值下降,传输距离也会降低。


基于各种因素考虑,CAN的通信距离和通信速率之间的关系可能按照下表更合适一些。



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