详解 CAN 总线：高速 CAN 总线和低速 CAN 总线的特性

作者：不脱发的程序猿

2022 年 8 月 23 日
北京
本文字数：2144 字
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在 ISO 11898-2 和 ISO 11898-3 中分别规定了两种 CAN 总线结构（在 BOSCH CAN2.0 规范中，并没有关于总线拓扑结构的说明）：高速 CAN 总线和低速 CAN 总线，区别表如下所示：

本篇博文将详细介绍两者的特性和区别。

1、高速 CAN 总线

ISO 11898-2 中定义了通信速率为 125Kbps～1Mbps 的高速闭环 CAN 通信标准，当通信总线长度≤40 米，最大通信速率可达到 1Mbps，高速闭环 CAN（高速 CAN）通信如下图所示：

1.1、电气特性

高速 CAN 总线上为显性电平（逻辑 0）时，CAN_H 为 3.5V、CAN_L 为 1.5V，此时电压差是 2V，显性状态的 CAN 总线电压范围如下图（标准来源：ISO 11898-2:2006）所示：

高速 CAN 总线上为隐性电平（逻辑 1）时，CAN_H 和 CAN_L 都为 2.5V，此时电压差就是 0V，隐性状态的 CAN 总线电压范围如下图（标准来源：ISO 11898-2:2006）所示：

1.2、终端电阻

高速 CAN 线需要在 CAN_H 和 CAN_L 加终端电阻，电缆上的终端电阻应与电缆的标称阻抗相匹配，终端匹配电阻一般为 120Ω，每个终端电阻应能消耗 0.25W 的功率（标准来源：ISO 11898-2:2003）。

如果高速 CAN 传输线路没有终止，线路上的每个信号变化都会导致反射，这可能会导致通信故障。由于通信在 CAN 总线上双向流动，因此 CAN 要求终止电缆的两端。然而，这一要求并不意味着每个设备都应该有一个终端电阻。如果沿电缆放置多个设备，只有电缆末端的设备应该有终端电阻。放置终端电阻位置如下所示：

1.3、总线长度

高速 CAN 总线，总线长度最大为 40m，当总线长度超过 40m 后，总线的速率会受到影响。支线长度（节点和总线之间的距离）最长为 0.3m，支线节点距离长度最大也是 40m（标准来源：ISO 11898-2:2003）。

1.4、布线电缆

高速 CAN 总线电缆应满足 ISO11898 中规定的物理介质要求，如下表所示：

1.5、设备数量

高速 CAN 总线上设备的最大数量取决于网络上设备的电气特性。如果所有的设备都符合 ISO11898 的要求，那么至少有 30 个设备可以被连接到总线上。

如果设备的电气特性没有降低信号质量，满足 ISO11898 信号级规范，网络上的所有设备都符合设备网的规格，则可以连接 64 个设备到网络。

2、低速 CAN 总线

ISO 11898-3 中定义了通信速率为 10～125Kbps 的低速开环 CAN 通信标准，当传输速率为 40Kbps 时，总线距离可达到 1000 米。低速开环 CAN（也叫：低速容错 CAN）通信如下图所示：

2.1、电气特性

低速 CAN 总线上为显性电平（逻辑 0）时，CAN_H 为 3.6V、CAN_L 为 1.4V，此时电压差是 2.2V。总线上为隐性电平（逻辑 1）时，CAN_H 为 0.3V、CAN_L 都为 4.7V，此时电压差就是-4.4V，显性状态和隐性状态的 CAN 总线电压范围如下图（标准来源：ISO 11898-3:2006）所示：

2.2、终端电阻

与高速 CAN 不同，低速 CAN 需要在低速 CAN 收发器上终止，而不是在电缆上。该终端需要两个电阻器：RTH 用于 CAN_H，RTL 用于 CAN_L。这种配置允许 Philips fault-tolerant CAN 收发器检测并从总线故障中恢复。

Philips 建议低速 CAN 网络，一个整体的 RTH 和 RTL 终端电阻为 100Ω到 500Ω（每个）。整个网络终端电阻可以确定如下公式：

低速 CAN 网络上的每个设备每条 CAN 数据线都需要一个终端电阻：RTH 用于 CAN_H，RTL 用于 CAN_L，放置终端电阻位置如下所示：

2.3、总线长度

在线形拓扑中，可挂载 20 个以上低速 CAN 节点，在网络总长度不应超过 40 米的情况下最大通信速度达到 125Kbps。

在星形拓扑中，网络总长度约为 40m，各个节点间距离不超过 20m。

2.4、布线电缆

低速 CAN 总线电缆应满足 ISO11898 中规定的物理介质要求，如下表所示：

2.5、设备数量

低速 CAN 总线上设备的最大数量取决于网络上设备的电气特性。如果所有的设备都满足典型的低速/容错 CAN 的要求，那么最多有 32 个设备可以连接到总线上。如果设备信号质量满足低速/容错信号水平规范，则可以连接更高数量的设备。

3、补充知识：ISO 11898-3 与 ISO 11519-2 标准的关系

ISO 11519 由以下部分组成，总称“道路车辆—低速串行数据通信”：

Part 1：General and definitions 概述和定义
Part 2：Low-speed controller area network (CAN) 低速控制器局域网（CAN）
Part 3：Part 3: Vehicle area network (VAN) 车辆局域网（VAN）

ISO 11519-2:1994（Low-speed controller area network (CAN)，低速控制器局域网（CAN）），指定 CAN 的数据链路层和物理层，这是用于公路车辆应用的高达 125 Kbit/s 的通信网络。低速 CAN 是一种串行通信协议，支持分布式实时控制和多路复用。根据 ISO 7498 在 ISO-OSI 模型中定义的层次结构层中定义网络的一般体系结构。该标准允许在 CAN 总线连线失败时 CAN 总线通信得以继续进行。

ISO 11898-3:2006（ Road vehicles — Controller area network (CAN) — Part 3: Low-speed, fault-tolerant, medium-dependent interface，道路车辆—控制器局域网（CAN）—第 3 部分：低速，容错，介质相关的接口），规定了在配备有控制器局域网（CAN）的道路车辆电子控制单元之间以 40 Kbit/s 至 125Kbit/s 的传输速率建立数字信息交换的特性。

标准 ISO 11519-2-1994 已经在 2006 年被 ISO 11898-3-2006 代替了，符合标准 ISO 11898-3 的产品也是支持符合 ISO 11519-2 标准的产品。