CAN物理层和端接指南

控制器局域网用于从小型医疗设备到大型土方设备的各种嵌入式应用。为了在这些不同的应用程序中最好地利用CAN的成本和性能，同时保持工具的软件和功能兼容性，可以使用针对不同标准优化的各种物理层。CAN实现的物理层决定了所使用的线缆类型、电信号电平和接线端方案。CAN接口中连接CAN控制器和网络的部分称为收发器。 

无论物理层如何，用户都可以从软件级别的相同工具访问所有CAN网络。CAN网络的唯一区别在于使用的收发器。PC CAN接口供应商通过以下三种方法实现这些收发器： 

1. 用户可互换的收发器，安装在通用CAN接口中，用户根据特定网络调整接口
2. 每个接口内置收发器，每个物理层有专用硬件接口
3. 多个可通过软件选择的板载收发器通过继电器连接至网络，并由主机应用程序切换

NI CAN接口有第二和第三种类型，有专用接口和软件可选接口。通常，软件可选接口用于终端CAN网络未知且可能发生更改的应用，如实验室或自动化测试环境。在终端CAN网络已知的嵌入式和专用应用中，集成板载收发器可节省成本并降低复杂度。NI CAN平台有三种类型：

1. NI-XNET PCI、PXI和C系列CAN： 板载（软件可选）
2. NI USB CAN: 板载
3. CompactRIO CAN: 板载

高速CAN是最常见的CAN收发器。它几乎用于所有生产型汽车，在美国销售的2008型号及更高版本的板载诊断(OBD-II)汽车中必须使用。 

高速CAN层的名称来自最快形式的CAN，它允许使用高达1 Mbit/s的完整标准速度。高速CAN网络支持40 kbit/s至1 Mbit/s的波特率。最常见的速率为500 kbit/s，用于汽车环境。  

波特率会影响网络的总允许长度，从40 kbit/s时的1公里到1 Mbit/s时的40米。节点可放置的最大存根长度（即来自中央CAN网络的长度）也会受到影响。一般情况下，CAN网络接线端应小于1米。 

高速CAN由下列标准指定或要求： 

• ISO-11898-1、-2、-5
• ISO-11783-2
• MilCAN
• CANopen
• DeviceNet
• SAE J1939
• SAE J2284-1, -2, -3,

具有灵活数据速率的CAN (CAN FD)是下一代高速CAN通信，其标准不断发展，以实现更高的数据速率。  通过NI-XNET驱动程序使用TJA1041和TJA1043收发器，NI已启用高达8 Mbit/s的速度。  FD网络的整体波特率与高速CAN相同，只是数据速率更快。 由于收发器供应商符合CAN FD速度要求，NI将在必要时更新文档。

高速/FD CAN端接

对于高速/FD CAN，信号线对的两端（CAN_H和CAN_L）必须端接。这是因为通信在CAN总线上双向流动。在标准9针D-SUB连接器上，CAN_L为引脚2，CAN_H为引脚7。线缆上的终端电阻应与线缆的额定阻抗相匹配。ISO 11898要求线缆的额定阻抗为120 Ω；因此，终端应使用120 Ω电阻。如果沿线连接了多个设备，只需要线缆两端的设备具有终端电阻。图1显示了如何终止高速网络的范例。

图1.终止高速CAN网络

高速/FD CAN线缆和附件

NI-XNET高速/FD和软件可选/FD CAN接口具有板载软件可选终端。这样，您可以根据需要灵活地通过编程向网络添加终端，而无需更换线缆。

图2.NI-XNET软件可选终端

NI还提供端接和非端接CAN线缆，用于将NI高速/FD CAN接口连接至CAN设备和网络。传统NI CAN设备没有软件可选的终端，因此可能需要购买终端线缆才能使用这些接口。 

通常，将单个CAN设备连接至NI CAN接口时，可通过编程启用终端或使用终端线缆。在第一种方案中，NI-XNET设备使用继电器连接CAN_H和CAN_L之间的120 Ω电阻。对于终端线缆，它包含一个120 Ω的电阻，安装在最接近NI线缆产品编号标签的连接器的CAN_H和CAN_L线上。 

连接多个已有终端的CAN设备时，建议使用NI非终端线缆。 

NI CAN分线盒提供了在CAN网络中启用和禁用120 Ω和60 Ω终端的开关，以实现最大的灵活性。 

更多信息见NI-XNET手册或NI-CAN软硬件手册。

低速/容错CAN设计用于承受一条CAN数据线上的开路、短路和错误负载，发生故障时恢复为一条数据线。如要在数据线无法打开的情况下保留网络功能，每个节点都需要端接电阻。这些额外的容错功能将低速/容错CAN网络的最大速度限制为125 kbit/s。  

低速/容错CAN的产品规范如下： 

• ISO-11898-3
• ISO-11992-1

低速/容错CAN终端

对于低速/容错CAN，网络上的每个设备需要每条数据线的终端电阻：用于CAN_H的R(RTH)和用于CAN_L的R(RTL)。与高速CAN端接不同，低速CAN要求端接在收发器上，而不是线缆上。 确定板卡必要的端接电阻见手册。图3显示了低速网络上终端电阻的位置示意图。

图3.低速/容错CAN端接

低速CAN线缆和附件

由于低速/容错CAN网络中的每个节点都端接，NI容错CAN接口随附板载端接电阻。NI-XNET手册和NI-CAN软硬件手册载有在应用程序需要不同值时调整电阻的说明。连接NI容错CAN接口至容错CAN设备和网络时，应仅使用未端接的CAN线缆。 

单线CAN主要用于特种汽车应用，强调低成本。单线CAN在SAE 2411规范中定义，与大多数应用中的差分CAN线不同，单线CAN仅使用一个单端CAN数据线。单线CAN抗噪性降低，使其速度限制为33.3 kbit/s或83.3 kbit/s。 

单线CAN端接

单线CAN指定用于整个网络的单个9.09 kΩ电阻。使用单线CAN收发器的NI接口包含一个内置的9.09 kΩ电阻，因此无需额外的电阻。

图4.两个单线CAN设备之间的连接

单线CAN收发器仅在NI-XNET软件可选PCI和PXI接口上可用。 

单线CAN线缆 

由于单线CAN网络已端接，连接NI单线CAN接口至单线CAN设备和网络时应仅使用未端接的CAN线缆。NI容错CAN接口随附板载终端电阻。 NI-CAN硬件和软件手 册第3-16页和第4-20页包含更多关于单线CAN的信息。

CAN应用程序偶尔会为特定应用程序使用非标准或专用收发器。通过NI-CAN软件可选接口，无需修改接口即可绕过板载收发器，将自定义收发器连接至板卡上的外部连接器。

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