CAN物理層および終端ガイド（英語）

コントローラエリアネットワークは、小型医療機器から地球を動かす大型機器まで、さまざまな組込アプリケーションで使用されています。これらの異なるアプリケーションでCANのコストとパフォーマンスを最大限に活用しながら、ツールのソフトウェアと機能の互換性を維持するには、さまざまな標準に最適化されたさまざまな物理層を使用できます。CAN実装の物理層は、使用するケーブルタイプ、電気信号レベル、および終端方式を決定します。CANコントローラをネットワークに接続するCANインタフェースの部分をトランシーバと呼びます。 

物理層に関係なく、ソフトウェアレベルで同じツールからすべてのCANネットワークにアクセスできます。CANネットワークの違いは、使用するトランシーバのみです。PC CANインタフェースベンダは、以下の3つの方法でこれらのさまざまなトランシーバを実装します。 

1. 汎用CANインタフェースに取り付けられた、ユーザがインタフェースを特定のネットワークに適応させるユーザによる交換が可能なトランシーバ
2. インタフェースごとの内蔵トランシーバ、物理層ごとの専用ハードウェアインタフェース
3. リレーによってネットワークに接続され、ホストアプリケーションによってスイッチされる、ソフトウェアで選択可能な複数のオンボードトランシーバ

NI CANインタフェースには、専用インタフェースとソフトウェアで選択可能なインタフェースの2種類と3種類があります。一般的に、ソフトウェアで選択可能なインタフェースは、CANネットワークが不明で変更される可能性のあるアプリケーション (ラボや自動テスト環境など) に使用されます。CANネットワークの終端が分かっている組込および専用アプリケーションでは、オンボードトランシーバの統合によりコストを節約し、複雑さを軽減できます。3つのNI CANプラットフォームには、以下のタイプがあります。

1. NI-XNET PCI、PXI、およびCシリーズCAN: オンボード (ソフトウェア選択可能)
2. NI USB CAN: オンボード
3. CompactRIO CAN オンボード

高速CANは最も一般的なCANトランシーバです。これは、ほぼすべての市販自動車に使用され、2008年モデル以降の米国で販売されるオンボード診断（OBD-II）車両に必要です。 

高速CANレイヤは、最大1 Mbit/sの標準速度を使用できる最速CANから名付けられています。高速CANネットワークは、40 kビット/s～1 Mビット/sのボーレートをサポートします。最も一般的なレートである500 kbit/sは、自動車環境で使用されます。  

ボーレートは、40 kビット/sで約1 km～1 Mビット/sで約40 mの範囲のネットワークの総許容長に影響します。スタブの最大長、つまりノードを配置できる中央CANネットワークからの長さも影響します。通常、CANネットワークスタブは1 m未満である必要があります。 

高速CANは、以下の規格で仕様または要求されています。 

• ISO-11898-1、-2、-5
• ISO-11783-2
• ミルカン
• CANopen
• DeviceNet
• SAE J1939
• SAE J2284-1、-2、-3、

可変データレートCAN (CAN FD) は、さらに高いデータレートを実現する新しい規格に基づく、次世代型の高速CAN通信です。  NIでは、TJA1041トランシーバやTJA1043トランシーバをNI-XNETドライバと組み合わせることで、最大8 Mb/秒の速度を実現しました。  FDネットワークの全体的なボーレートは高速CANと同じで、データレートが速いだけです。 トランシーバのベンダがCAN FDへの対応を完了すれば、NIも必要に応じてドキュメントを更新する予定です。

高速/FD CAN終端

高速/FD CAN の場合、信号線のペア（CAN_H と CAN_L）の両端を終端する必要があります。それは、CAN バスが双方向通信であるためです。標準の9ピンD-SUBコネクタでは、CAN_Lはピン2、CAN_Hはピン7です。ケーブルの終端抵抗は、ケーブルの公称インピーダンスに一致する必要があります。ISO 11898では、公称インピーダンスが120 Ωのケーブルが必要なため、終端には120 Ωの抵抗を使用する必要があります。ケーブル上に複数のデバイスが設置されている場合は、ケーブルの両端にあるデバイスにのみ終端抵抗器が必要です。図1は、高速ネットワークの終端方法の例を示したものです。

図1.高速CANネットワークの終端

高速/FD CANケーブルおよびアクセサリ

NI-XNET高速/FDおよびソフトウェアで選択可能な/FD CANインタフェースには、オンボードソフトウェアで選択可能な終端があります。これにより、ケーブルを変更することなく、必要に応じていつでもネットワークにプログラム的に終端を追加できる柔軟性が得られます。

図2.NI-XNET終端をソフトウェアで選択可能

NIでは、高速/FD CANインタフェースをCANデバイスおよびネットワークに接続するための終端および非終端CANケーブルも提供しています。レガシーNI CANデバイスにはソフトウェアで選択可能な終端がないため、これらのインタフェースで使用するには終端ケーブルを購入する必要があります。 

通常、単一のCANデバイスをNI CANインタフェースに接続する場合、終端をプログラム的に有効にするか、終端ケーブルを使用できます。最初のオプションでは、NI-XNETデバイスはリレーを使用してCAN_HとCAN_Lの間に120 Ω抵抗を接続します。終端ケーブルの場合、NIケーブルの製品番号ラベルに最も近いコネクタのCAN_HおよびCAN_Lラインに取り付けられた120 Ω抵抗が1つあります。 

すでに終端されている複数のCANデバイスを接続する場合は、NI非終端ケーブルを使用することをお勧めします。 

NI CANブレークアウトボックスには、CANネットワーク上で120 Ωおよび60 Ω終端を有効または無効にするスイッチがあり、柔軟性を最大限に高めることができます。 

詳細については、『NI-XNETマニュアル』または『NI-CAN Hardware and Software Manual』を参照してください。

低速/フォールトトレラントCANは、CANデータラインの1つでの開回路、短絡回路、および不正な負荷に耐え、障害発生時に1つのデータラインにフォールバックするように設計されています。データラインが開かずにネットワーク機能を維持するには、各ノードで終端抵抗が必要です。これらの追加フォールトトレラント機能は、低速/フォールトトレラントCANネットワークの最高速度を125 kbit/sに制限します。  

低速/フォールトトレラントCANは、以下の仕様に記載されています。 

• ISO-11898-3
• ISO-11992-1

低速/フォールトトレラントCAN終端

低速/フォールトトレラントCANでは、ネットワーク上の各デバイスに各データラインの終端抵抗が必要です。CAN_Hの場合はR(RTH)、CAN_Lの場合はR(RTL)です。高速 CAN とは異なり、低速 CAN ではケーブルではなくトランシーバに終端が必要です。 ボードに必要な終端抵抗を決定するは、マニュアルを参照してください。図3は、低速ネットワーク上の終端抵抗の位置を示します。

図3.低速/フォールトトレラントCAN終端

低速CANケーブル/アクセサリ

低速/フォールトトレラントCANネットワーク上のすべてのノードは終端されているため、NI フォールトトレラントCANインタフェースにはオンボード終端抵抗が付属しています。『NI-XNETマニュアル』および『NI-CAN Hardware and Software Manual』には、アプリケーションで異なる値が必要な場合にこれらの抵抗を調整する手順が記載されています。NI フォールトトレラントCANインタフェースをフォールトトレラントCANデバイスおよびネットワークに接続するには、非終端CANケーブルのみを使用してください。 

単線式CANは、主に特殊な自動車アプリケーションで使用され、低コストに重点を置いています。SAE 2411仕様で定義されている単線式CANは、ほとんどのアプリケーションで使用されている差動CANワイヤとは異なり、シングルエンドCANデータワイヤを1本のみ使用します。単線式CANの耐ノイズ性が低下すると、その速度は33.3 kbit/sまたは83.3 kbit/sに制限されます。 

単線式CAN終端

単線式CANは、ネットワーク全体で単一の9.09 kΩ抵抗を指定します。単線式CANトランシーバを備えたNIインタフェースには9.09 kΩ抵抗が内蔵されているため、追加の抵抗は必要ありません。

図4.2つの単線式CANデバイス間の接続

単線式CANトランシーバは、NI-XNETソフトウェアで選択可能なPCIおよびPXIインタフェースでのみ使用できます。 

単線式CANケーブル 

単線式CANネットワークはすでに終端されているため、NI単線式CANインタフェースを単線式CANデバイスおよびネットワークに接続する場合は、非終端CANケーブルのみを使用してください。NI フォールトトレラントCANインタフェースには、オンボード終端抵抗が付属しています。『NI-CAN Hardware and Software Manual』の3~16ページと4~20ページに単線式CANの詳細が記載されています。

CANアプリケーションでは、特定のアプリケーション用に非標準または特殊トランシーバが使用される場合があります。NI-CANソフトウェアで選択可能なインタフェースでは、インタフェースを変更することなく、オンボードトランシーバをバイパスしてカスタムトランシーバをボードの外部コネクタに接続できます。

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