CAN 實體層與終端指南

控制器區域網路適用於多種嵌入式應用，從小型醫療裝置到大型土方設備全都包含在內。為了在這些不同應用中充分發揮 CAN 的成本與效能，同時維持工具的軟體與功能相容性，您可以使用多種針對不同標準最佳化的實體層。實作 CAN 的實體層決定了使用的接線類型、電氣訊號位準與終端機制。將 CAN 控制器連接至網路的 CAN 介面部分稱為「收發儀」。 

不論是哪一個實體層，您都可透過相同的軟體層工具存取所有 CAN 網路。CAN 網路之間的唯一差異在於所使用的收發儀。PC CAN 介面廠商透過下列三種方式實現這類收發儀： 

1. 使用者可自行更換的收發器，安裝於通用型 CAN 介面上，讓使用者能依特定網路需求調整該介面。
2. 各介面內建收發儀，且各實體層皆有專屬的硬體介面
3. 多款可透過軟體選擇的內建收發儀，可透過繼電器連接至網路，並由主機應用程式切換

NI CAN 介面提供第二與第三種類型，並提供專屬介面與可透過軟體選擇的介面。一般而言，可透過軟體選擇的介面適用於終端 CAN 網路未知且可能改變的應用，例如實驗室或自動化測試環境。就終端 CAN 網路已知的嵌入式與專屬應用而言，內建的整合式收發儀可節省成本並降低複雜度。三種 NI CAN 平台分為下列類型:

1. NI-XNET PCI、PXI 與 C 系列 CAN: 內建、可透過軟體選擇
2. NI USB CAN: 內建
3. CompactRIO CAN: 內建

高速 CAN 是最常見的 CAN 收發儀。此裝置幾乎用於所有量產汽車上，且自 2008 年起，美國境內銷售之車型皆須配備車載診斷系統 (OBD-II)。 

高速 CAN 層的名稱來自於最快速的 CAN 形式，可使用最高達 1 Mbit/s 的完整標準速度。高速 CAN 網路可支援從 40 kbit/s 到 1 Mbit/s 的鮑率。最常見的速率是 500 kbit/s，用於汽車環境。  

鮑率會影響網路的總長度，從 40 kbit/s 的速度約 1 公里至 1 Mbit/s 的速度約 40 公尺。最大分支長度，亦即節點可放置於中央 CAN 網路的距離，也會受到影響。一般而言，CAN 網路分支長度應少於 1 公尺。 

下列標準會指定或要求高速 CAN: 

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

具彈性資料傳輸率之 CAN (CAN FD) 是新一代的高速 CAN 通訊協定，能因應日新月異的資料傳輸率標準。  NI 透過 NI-XNET 驅動程式使用 TJA1041 與 TJA1043 收發儀，可達到最高 8 Mbit/s 的速度。  FD 網路的整體鮑率與高速 CAN 相同，只是資料傳輸率更快。 隨著收發儀廠商完成 CAN FD 速度認證，必要時 NI 也會更新自家的說明文件。

高速/FD CAN 終端

針對高速/FD CAN，在訊號接線 (CAN_H 與 CAN_L) 的兩端皆需進行終端匹配。這是因為 CAN 匯流排會雙向通訊。在標準 9 針腳 D-SUB 接頭上，CAN_L 為針腳 2，CAN_H 為針腳 7。連接線上的終端電阻器應與連接線的額定阻抗相符。ISO 11898 規定必須使用額定阻抗 120 Ω 的連接線，因此，您應使用 120 Ω 電阻器進行終端匹配。如果沿著連接線放置多個裝置，只有連接線兩端的裝置需要終端電阻器。圖 1 顯示如何進行高速網路終端匹配。

圖 1.高速 CAN 網路終端匹配

高速/FD CAN 連接線與配件

NI-XNET 高速/FD 與可透過軟體選擇的 CAN/FD CAN 介面，內建可透過軟體選擇的終端匹配功能。這樣一來，不需更換連接線，就能隨時以程式設計方式將終端新增至網路。

圖 2.NI-XNET 可透過軟體選擇終端

NI 也提供終端與非終端 CAN 連接線，可將 NI 高速/FD CAN 介面連接至 CAN 裝置與網路。舊款 NI CAN 裝置不具備可透過軟體選擇的終端，因此您可能需要購買已進行終端匹配的連接線，以搭配這些介面使用。 

一般而言，當將單一 CAN 裝置連接至 NI CAN 介面時，可透過程式設計方式啟用終端或使用已終端匹配的接線。在第一種選項中，NI-XNET 裝置會使用繼電器在 CAN_H 與 CAN_L 之間連接一個 120 Ω 電阻器。如果是終端連接線，則該連接線包含一個 120 Ω 電阻器，安裝在距離 NI 連接線料號標籤最近的連接器中 CAN_H 和 CAN_L 線路上。 

連接多個已有終端的 CAN 裝置時，建議使用 NI 非終端連接線。 

NI CAN 分接盒提供的切換器，可在 CAN 網路上啟用與停用 120 Ω 與 60 Ω 終端，以達到最高的靈活性。 

如需深入了解，請參閱 NI-XNET 手冊或 NI-CAN 硬體與軟體手冊

低速/容錯 CAN 可承受開路、短路，以及任一 CAN 資料線路上的不正確酬載，並在發生故障時退回到單一資料線路。若要在資料線路發生開路故障的情況下保有網路功能，每個節點都需要終端電阻器。這些額外的容錯功能，會將低速/容錯 CAN 網路的最高速度限制在 125 kbit/s。  

下列規格提供低速/容錯 CAN: 

• ISO-11898-3
• ISO-11992-1

低速/容錯 CAN 終端

針對低速/容錯 CAN，網路上的每個裝置都需要一個終端電阻器，用於每條資料線路：適用於 CAN_H 的 R(RTH) 與適用於 CAN_L 的 R(RTL)不同於高速 CAN 終端，低速 CAN 終端必須位於收發儀上，而非連接線上。 機板所需終端電阻之判斷方式，請參閲手冊。圖 3 顯示低速網路終端電阻器位置圖。

圖 3.低速/容錯 CAN 終端

低速 CAN 連接線與配件

由於低速/容錯 CAN 網路上的每個節點都已進行終端匹配，因此，NI 容錯 CAN 介面隨附內建終端電阻器。NI-XNET 手冊與 NI-CAN 硬體與軟體手冊包含相關指示，以便在應用需要不同的值時調整這些電阻器。您只需使用非終端 CAN 連接線即可連接 NI 容錯 CAN 介面與容錯 CAN 裝置與網路。 

單線式 CAN 主要用於特殊汽車應用，並且強調低成本。根據 SAE 2411 規格的定義，單線式 CAN 只會使用一個單端的 CAN 資料接線，而非大多數應用的差動 CAN 接線。單線式 CAN 的雜訊抑制性較低，其速度限制為 33.3 kbit/s 或 83.3 kbit/s。 

單線式 CAN 終端

單線式 CAN 指定單一 9.09 kΩ 電阻器，適用於整個網路。採用單線式 CAN 收發儀的 NI 介面內建 9.09 kΩ 電阻器，因此不需要額外的電阻器。

圖 4.兩組單線式 CAN 裝置之間的連線

單線式 CAN 收發儀僅適用於可透過 NI-XNET 軟體選擇的 PCI 與 PXI 介面。 

單線式 CAN 連接線 

由於單線式 CAN 網路已進行終端匹配，因此只需使用非終端 CAN 連接線即可將 NI 單線式 CAN 介面連接至單線式 CAN 裝置與網路。NI 容錯 CAN 介面隨附內建終端電阻器。NI-CAN 硬體與軟體手冊詳述單線式 CAN 的資訊，請參閱第 3-16 頁與第 4-20 頁。

CAN 應用偶爾會針對特定應用使用非標準或特殊收發儀。透過 NI-CAN 軟體可選擇的介面，不需修改介面即可繞過內建收發儀，並將客製收發儀連接至機板上的外部連接器。

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