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2019年06月05日 | CAN/RS-485总线的终端电阻应如何设置？
2019-06-05 来源：CNTR
终端电阻的作用是消除信号反射，但其实并不是所有情况都需要终端电阻，有时终端电阻反而会影响信号质量。本篇文章为大家深度解析CAN/RS-485总线的终端电阻设置。
如果我们查询百度百科，终端电阻的档案似乎十分清白：
仿佛在通讯链路的首末两端加上这样一个法宝，即可避免信号的反射，使信号的传播更为顺畅。这样说虽然没有错误，但仍有些细枝末节没能捋出头绪。下面让我们来看看CAN总线和485总线中终端电阻的情况如何？
一 CAN总线
CAN总线中，终端电阻是必不可少的。它存在的意义主要包括两点：
可以确保电平快速进入隐性状态；
提升信号质量。
1、确保电平快速进入隐性状态
在显性状态期间，总线的寄生电容会被充电，而在恢复到隐性状态时，这些电容需要放电。如果CANH、CANL之间没有放置任何阻性负载，电容只能通过收发器内部的差分电阻放电。我们在收发器的CANH、CANL之间加入一个220PF的电容进行模拟试验，位速率为500kbit/s，波形如下图所示。
CAN总线 220pf无终端电阻
CAN总线 220pf增加终端电阻
2、提高信号质量
信号在较高的转换速率情况下，信号边沿能量遇到阻抗不匹配时，会产生信号反射；传输线缆横截面的几何结构发生变化，线缆的特征阻抗会随之变化，也会造成反射。
在总线线缆的末端，阻抗急剧变化导致信号边沿能量反射，总线信号上会产生振铃，若振铃幅度过大，就会影响通信质量。在线缆末端增加一个与线缆特征阻抗一致的终端电阻，可以将这部分能量吸收，避免振铃的产生，如下图所示。
CAN总线无终端电阻
CAN总线增加终端电阻
二 485总线
1、RS-485总线增加终端电阻好处
485总线设置终端电阻主要是为了用来抑制信号的反射。
提高信号质量组建RS-485总线网络时，通常使用特性阻抗为120Ω的屏蔽双绞线，由于RS-485收发器输入阻抗一般较高（例如RSM485ECHT输入阻抗为96kΩ，最多可连接256个节点），在信号传输到总线末端时会由于受到的瞬时阻抗发生突变（以RSM485ECHT为例，阻抗由120Ω变为96kΩ），导致信号发生反射，影响信号的质量。RSM485ECHT在1200m，500kbps通信速率的情况下不加终端电阻和加终端电阻的波形如下图所示，终端电阻明显改善了信号的质量。
RSM485ECHT 1200m 500kbps不加终端电阻
RSM485ECHT 1200m 500kbps 加终端电阻
2、RS-485增加终端电阻的问题
终端电阻虽然可以提高信号质量，但还具有以下几个问题：
降低了驱动信号的幅值
RS-485总线上的负载越大，RS-485收发器输出差分电压幅值越低，RSM485ECHT在5m，500kbps的情况下不加终端电阻和加终端电阻的波形如下图所示。
RSM485ECHT 5m 500kbps 不加终端
RSM485ECHT 5m 500kbps 加终端
增大了通信线上的压降
增加终端电阻使通信线缆上的电流增大，产生了较大的压差，降低了接收端的信号幅值。RSM485ECHT在1200m,115.2kbps首端和末端的信号波形如下图所示（0.75mm2通信线），末端信号与首端信号相比下降了0.7V左右。
RSM485ECHT 1200m 115.2kbps 加终端电阻 首端波形
RSM485ECHT 1200m 115.2kbps 加终端电阻 末端波形
增大了收发器的功耗
增加终端电阻对于接收状态时的工作电流影响不大，但会大大增加驱动状态时的工作电流。以RSM485ECHT为例，RSM485ECHT处于接收状态时工作电流为20mA左右，在驱动状态不加终端电阻时工作电流为27mA左右，在驱动状态加终端电阻时工作电流为83mA左右，可以看出终端电阻大大增加了RS-485收发器的功耗，对于有功耗要求的应用场合，应谨慎使用终端电阻。
3、RS-485终端电阻设置
通信速度低或者通信距离近的情况下建议不加终端电阻
通信速度低或者通信距离近的情况下，信号反射对通信信号的影响不大，而且不加终端电阻可以大大降低功耗，并且通过加较大上下拉电阻值即可保证RS-485总线空闲时具有较高的差分电压幅值，提高了通信的可靠性。
通信距离较长且通信速度较快，对信号质量要求较高的情况
此时可以增加终端电阻，防止阻抗突变引起的信号反射问题，提高信号质量，但应确保在总线空闲时总线的差分电压不处于门限电平范围内。
对功耗有要求且通信距离较长的情况
反射信号在总线上来回反弹，反射信号会逐渐消耗掉。
RSM485ECHT 1200m 9600bps 不加终端 首端波形
RSM485ECHT 1200m 9600bps 不加终端 末端波形
三 总结
对于CAN总线而言，为保证通讯的稳定性，必须增设终端电阻；RS-485总线不一样。终端电阻的设置需要根据情况而设置，在设计建议预留终端电阻位置或者使用ZLG致远电子隔离收发器系列产品，能有效解决总线干扰、通信异常等问题。与传统的设计相比，其内置完整的隔离DC-DC电路、信号隔离电路、总线收发电路以及防护电路，具备更高的集成度与可靠性，适用于需要高稳定性通讯的场合，能够有效帮助您提升总线通信防护等级。
史海拾趣
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