CAN是控制器局域网络（Controller Area Network，CAN）的简称，目前已经成为车载控制器的必备接口和标准协议，目前有着广泛的应用。由于CAN这个主题的涉及范围比较多，我们仅仅对物理层展开讨论。
CAN总线的物理层是将车载控制器连接至总线的驱动电路。物理层定义了物理数据在总线上各节点间的传输过程，主要是连接介质、线路电气特性、数据的编码/解码、位定时和同步的实施标准。BOSCH CAN基本上没有对物理层进行定义，但基于CAN的ISO标准对物理层进行了定义，设计车载控制器的CAN电路时，物理层电路具有很大的选择余地。
物理层主要取决于传输速度的要求。从物理结构上看，CAN的物理层可分为三层，分别是物理信号层（Physical Layer Signaling，PLS）、物理介质附件（Physical Media Attachment，PMA）层和介质从属接口（Media Dependent Interface，MDI）层。其中PLS连同数据链路层功能由CAN控制器完成，PMA层功能由CAN收发器完成，MDI层定义了电缆和连接器的特性。PMA和MDI两层有很多不同的国际或行业标准，比较流行的是ISO11898协议定义的高速CAN发送/接收器标准，但也可自行定义，这就使得不同零部件供应商电路在物理层接口上都各不相同。
正因为如此，如何设计符合整车厂要求的物理层接口电路，从而能够通过整车厂的设计评审及工程验收，就成为需要讨论的一个重要主题。
本文讨论三种CAN物理层接口电路的设计：
（1）带有齐纳二极管的CAN物理层接口；
（2）带有压敏电阻器的CAN物理层接口；
（3）带有滤波器的CAN物理层接口（Filter Termination）。
图1：带有齐纳二极管的CAN物理层接口。
（1）带有齐纳二极管的CAN物理层接口
从图1可以看到，带有齐纳二极管的CAN物理层接口可以划分成三个元件功能区域，分别是终端元件、可选元件和ESD元件。终端元件中包含R1、R2和C4，可选元件是0Ω的电阻，ESD元件包含C2、C3、Z1和Z2。下面就详细介绍每一个元器件的作用（见表1）和设计注意事项。
表1：带有齐纳二极管的CAN物理层接口的元器件的作用。
下面来介绍设计注意事项：
C1（VCC）：在这里，C1有两种可能的放置位置，如果是在控制器内部的C1，只需要满足容量＞90nF，电压＞16V耐压等级就可以。
C1（VBAT）：如果是第二种情况，即这里是一颗SBC（系统基础芯片），则是有更高的选型要求。容量＞90nF±10%，电压＞100V耐压，注意这时候C1的电容是直接接到电池的正端，需要采用满足Flexisafe或者等效功能的电容来设计。
C2、C3：这两个电容在这里是作为ESD的防护电容来工作的。需要选择容值在100pF±10%，额定工作电压>50V的电容。还需要注意的是在PCB布线的时候，C2、C3必须尽可能地靠近连接器（小于10mm），这样才有更好的ESD保护效果。
Z1、Z2：这两个齐纳二极管同样是作为ESD保护的作用。需要选用击穿电压在27V的齐纳二极管，这样才可以使外部的高电压在经过齐纳二极管到达CAN_H和CAN_L的PIN脚电压时不至于击穿CAN收发器。以TJA1054A（NXP公司）为例，数据手册（见图2）中显示CAN_H和CAN_L的最大值耐受电压为+40V，最小值耐受电压为-27V，这也就是为何要用双向的齐纳二极管将外部电压钳位在±27V之间的原因。还需要注意的是在PCB布线的时候，Z1、Z2必须尽可能靠近连接器（小于10mm），这样才有更好的ESD保护效果。
图2：TJA1054A（NXP公司）的数据手册（部分）。
R1、R2：这两个是CAN网络的终端电阻，需要选择±1%精度的电阻，并且要保证R1+R2=118–132Ω（包括容差，这个值不同的整车厂有不同的要求，此处的值来自于Ford的需求标准），考虑到R1和R2会在最差情况下短路到电源和降等级设计的要求，需要将R1和R2的额定功率选为250mW。
C4：终端滤波容，用来滤除在终端电阻R1和R2上的耦合噪声。此处选择4.7nF±10%、50V的耐压等级。
图3：带有压敏电阻器的CAN物理层接口。
（2）带有压敏电阻器的CAN物理层接口
从图3可以看到，带有压敏电阻器的CAN物理层接口可以划分成三个元件功能区域，分别是终端元件、可选元件和ESD元件。终端元件中包含R1、R2和C4，可选元件是个0W的电阻，ESD元件包含V1和V2。下面就详细介绍每一个元器件的作用（见表2）和设计注意事项。
表2：带有压敏电阻器的CAN物理层接口元器件的作用。
下面来介绍设计注意事项：
C1（VCC）：参照第（1）部分带有齐纳二极管的CAN物理层接口对C1（VCC）的说明。
C1（VBAT）：参照第（1）部分带有齐纳二极管的CAN物理层接口对C1（VBAT）的说明。
V1、V2：这两个压敏电阻器是作为ESD保护作用。需要选用击穿电压在±27V的压敏电阻器，这样才可以使外部的高电压在经过压敏电阻器到达CAN_H和CAN_L的PIN脚电压时不至于击穿CAN收发器。同样以TJA1054A为例，数据手册（见图2）中显示CAN_H和CAN_L的最大值耐受电压为+40V，最小值耐受电压为-27V，压敏电阻器将外部电压钳位在±27V之间。还需要注意的是在PCB布线的时候，V1、V2必须尽可能靠近连接器（小于10mm），这样才有更好的ESD保护效果。
R1、R2：参照第（1）部分带有齐纳二极管的CAN物理层接口对R1、R2的说明。
C4：参照第（1）部分带有齐纳二极管的CAN物理层接口对C4的说明。
图4：带有滤波器的CAN物理层接口。
（3）带有滤波器的CAN物理层接口
从图4可以看到，带有滤波器的CAN物理层接口可以划分成两个元件功能区域，分别是终端元件和ESD元件（这个与带有齐纳二极管和带有压敏电阻器的接口电路有所不同）。终端元件中包含C2、C3和R1，ESD元件包含C4、C5、Z1和Z2。但目前此类CAN物理层接口不是很常见。下面就详细介绍每一个元器件的作用（见表3）和设计注意事项。
表3：带有滤波器的CAN物理层接口的元器件的作用。
下面来介绍设计注意事项：
C1（VCC）：参照第（1）部分带有齐纳二极管的CAN物理层接口对C1（VCC）的说明。
C1（VBAT）：参照第（1）部分带有齐纳二极管的CAN物理层接口对C1（VBAT）的说明。
C2、C3：注意此处的电容为终端电容，不是ESD电容。需要选用220pF±10%，耐压等级>50V的器件。
C4、C5：参照第（1）部分带有齐纳二极管的CAN物理层接口对C2、C3的说明。
R1：注意此处只用了一个终端电阻，其取值范围在59~66Ω之间（包括容差，这个值不同的整车厂有不同的要求，此处的值来自于Ford的需求标准），考虑到R1会在最差情况下短路到电源和降等级设计的要求，需要将R1的额定功率选为250mW。
Z1、Z2：参照第（1）部分带有齐纳二极管的CAN物理层接口对Z1、Z2的说明。
综上所述，除了以上的设计需求，还有以下的一些注意事项（并不区分先后顺序和优先级）在设计中必须同等对待。
● CAN收发器的布局位置必须尽可能地靠近车载控制器的连接器，其他的IC不允许放置在CAN收发器的附近。
● CAN收发器的地，以及输入电容、齐纳二极管和压敏电阻器的地都应该和车载控制器共地。
● C1电容必须尽可能地靠近CAN收发器的电源脚（VCC/VBAT）。
● C1、C2、C3和C4必须是MLCC电容或等效的器件。
● R1和R2必须用单个电阻来满足阻值以及容差的要求，不允许用多个串联的方式来满足阻值的要求。
● CAN_H/CAN_L的引脚到达车载控制器的连接器必须尽可能地短而且保持平行（side-by-side），可靠的布线规则是让CAN_H/CAN_L、TXD和RXD保持在PCB的同一层。
● 所有ESD电容必须尽可能地靠近车载控制器的连接器。
本文为《电子技术设计》2019年12月刊杂志文章，版权所有，禁止转载。免费杂志订阅申请点击这里。
- 很实用。
-
微信扫一扫
一键转发 -
最前沿的电子设计资讯
请关注“电子技术设计微信公众号”
- 用水泥和炭黑制造储能超级电容器 一项新的研究表明，人类最普遍的两种历史材料，水泥和炭黑（类似于非常细的木炭），可能会成为新型低成本储能系统的基础。该技术可以在可再生能源供应出现波动的情况下使能源网络保持稳定，从而促进太阳能、风能和潮汐能等可再生能源的使用。
- 一种用于电路板回收的新基材：遇水能溶 英国的Jiva Materials公司开发了一种新型的PCB基材Soluboard，这种基材是由天然纤维包裹在一种无卤的聚合物中制成的，与行业内经常使用的FR-4基材不同，这种材料只要在90摄氏度左右的热水中浸泡30分钟，就可以分层溶解···
- 大联大世平集团推出基于onsemi产品的电动汽车（EV）充电桩 大联大控股宣布，其旗下世平推出基于安森美（onsemi）NTBG022N120M3S和NCD57084产品的电动汽车（EV）充电桩方案。
- 电池能用三十年？美国Ener Venue称推出革命性电池技术 三元锂离子电池的理论寿命约为800次循环，磷酸铁锂约为2000次，而钛酸锂据说可以达到1万次循环，也就是说常规普通人使用的锂离子电池每天完全充放电三次，最多也就能用上几年的时间。虽然相较于铅酸电池200-300次的循环寿命来说，这已经是很大幅度的提升了，但现在有一家公司宣称他们的电池可以充放电30000次，每天充放电三次，能用30年。
- 韩国造世界首个室温超导体，闹剧还是新的未来？ 7月22日，韩国的一个科研团队在预印本网站arXiv平台上上传了两篇论文，声称发现了世界上首个常压室温超导体，这种材料是一种改性铅磷灰石名为LK-99，超导临界温度在127摄氏度，即400K以上，而且在常压下就具备超导性。
- 艾迈斯欧司朗推出智能多像素EVIYOS 2.0 LED，适用于高 EVIYOS 2.0具备高分辨率、完全防眩智能远光功能，在远光模式下自动降低眩光；EVIYOS 2.0将图像和安全警示投射在路面上，向驾驶员和车辆周边人员传递路况信息；EVIYOS 2.0是首款一体式像素化LED，该产品包含25,600个独立可控的发光芯片；经过长达10年的集中研发，EVIYOS 2.0即将于本月投入批量生产；马瑞利新推出的h-Digi microLED模块采用EVIYOS 2.0技术。
- 一比一复刻iOS版功能，Android版ChatGPT正式上线 7月25日，OpenAI宣布，Android版ChatGPT已经正式上线，可在谷歌应用商店进行下载，目前仅限在美国、印度、孟加拉国和巴西四国下载使用，不过OpenAI计划在下周拓展到更多地区。
- TI无线MCU创新方案，助力用户加速拥抱物联网 7月21日，由AspenCore主办的“2023全球MCU生态发展大会”在深圳罗湖君悦酒店隆重举行，特邀请到MCU领域的领军企业之一德州仪器(TI)参加了“无线MCU分论坛”，论坛上，TI无线产品工程师魏天华分享了主题为“创新型无线解决方案，助力不断发展的互联世界”的演讲，为现场观众带来了TI最新的无线MCU系列，以及对于这一市场的深刻思考。
- 中国首款量子计算机操作系统，本源司南PilotOS正式上线 近日，据安徽省量子计算工程研究中心的消息，本源司南PilotOS客户端终于正式上线。PilotOS客户端是本源量子完全自主研发的一款一站式学习与开发平台，用户可以直接进行本地量子计算编程，不需要联网使用，实现用户对量子计算软件服务“打开即用”，助力量子计算编程“小白”顺利成为量子计算编程开发者。
- 新型横向太阳能电池，竟然可以无限叠加有机半导体薄膜 对于人类来说，太阳能是一种非常重要的可再生能源，而太阳能电池是将太阳能转化为电能的主要方法，因此开发廉价、可靠和高效的太阳能电池对于从化石燃料向清洁能源的过渡至关重要。
- ST亮相MWC上海：升级版智能座舱，首款USB-IF认证芯片，带你 ST携智能出行、电源&能源、物联网&互联等领域的产品和智能解决方案亮相MWC上海展，并带来多款升级展品，让观众通过充分了解ST的创新技术和解决方案，领略科技之美，探索产业新动态。
- 立足实际客户应用场景，无线MCU让世界更加智能、互联 2023年7月21日，由AspenCore主办的“2023全球MCU生态发展大会”在深圳罗湖君悦酒店隆重举行，邀请德州仪器、Microchip、意法半导体、欧米智能等知名企业和众多专家学者参加了“无线MCU分论坛”，一同探讨无线MCU的无限可能。
- 激发未来小小女工程师对STEM课程的兴趣，对工程界至关重要 泰克科技组合软件总经理Rick Khulman: “激发孩子们——尤其是女孩们对STEM的兴趣，对我本人乃至广大工程界
- 数据闭环——自动驾驶下半场的“入场券” 自动驾驶战争的上半场拼的是硬件和算法，下半场拼的则是数据和将数据点石成金的能力，即数据闭环能力。
- Nothing Ear（2）真无线降噪耳机拆解 在2023年3月，Nothing正式发布了全新迭代产品——Nothing Ear（2）真无线降噪耳机，在外观方面延续了家族式的透明元
- 小米Sound Move智能音箱拆解 Xiaomi Sound Move搭载4单元，采用双对称立体声学结构设计，通过高解析力双扬声器和双被动辐射器，经由小米声学金
- 射频传输线基础 今天大家一起学习一下射频传输线基础这篇讲义
- 奔驰半年成绩单：让赚钱变得更优雅！ 2023年上半年，梅赛德斯-奔驰集团呈现出强劲的财务表现和业务增长。本文详述各方面的具体表现。
- 自动驾驶对动力系统的影响 7月13日，由中国汽车工程学会、青岛市工业和信息化局主办，中汽翰思管理咨询公司协办的第十五届汽车动力系统技
- 红配绿，黑与白？什么样的配色才能俘获审稿人的芳心？ 好的科研绘图配色令人印象深刻，也能更准确地传递数据信息，今天小编就带大家看一下怎样去选择最适合自己数据，能
- AP AUTOSAR设计思想及原理 本文给大家分享一下在 AP AUTOSAR 里面我们怎么样去做一个设计，整个 AP 的设计思想及原理。
- 多合一电驱动系统设计和挑战 7月13日，由中国汽车工程学会等主办的第十五届汽车动力系统技术年会（TMC2023）在青岛举行。会上许多公司展示了引
- 电动化降价，智能化收费：未来汽车的双重变革 从2023年开始，价格战的阴影一直笼罩在汽车行业上面，“卷”是进行时，但是怎么”卷”出来是所有人考虑的问题。
- 宝华韦健TWS耳机PI7 S2评测 全新一代 Pi7 S2 的体验如何？耳机在保持上代经典「英伦风」的同时，又能带来哪些新体验呢？下面，就让我爱音频网带
- 瑞萨电子MCU和MPU产品线将支持Microsoft Visual Studio Code 客户现可以在VS Code中设计和调试瑞萨嵌入式处理器的软件，与瑞萨自有e2 Studio IDE相辅相成
- 逐点半导体IRX游戏体验品牌正式上线 从移动视觉处理方案到特定游戏调优，推动手游体验迈向新的征程
- 大联大世平集团推出基于onsemi产品的电动汽车（EV）充电桩方案 大联大控股宣布，其旗下世平推出基于安森美（onsemi）NTBG022N120M3S和NCD57084产品的电动汽车（EV）充电桩方案。
- 意法半导体发布创新红外传感器，提升楼宇自动化的人员存在和移动检 带有微加工热敏晶体管的高集成度、超低功耗传感器可取代传统的被动红外探测器
- 比科奇介绍其打造更加智能移动通信基础设施新愿景 比科奇在MWC上海世界移动通信大会期间介绍了其在引入人工智能（AI）等技术打造更加智能的移动通信基础设施方向
- WiSA E开发套件开始向全球发货，旨在统一非Sonos音频市场 面向中国、韩国、日本和美国的各大品牌发货
- 安森美和麦格纳签署战略合作协议，投资碳化硅生产以满足日益增长的 麦格纳将在其主驱逆变器方案中集成安森美的EliteSiC以增加电动汽车的续航里程和能效
- 小尺寸大功率Harwin连接器子系列可从360° EMC后壳中受益 Harwin公司宣布其Kona大功率连接器子系列现已推出带后壳的产品。
- Arm 扩大开源合作伙伴关系，加强投入开放协作 Arm 和我们的生态系统的关键信念之一是与开源社区合作，共创一个高度发达的 Arm 架构，使软件的落地更加稳定，从
- WiSA推出两款功能强大的新工具，用于实现、管理和测试WiSA技术支持 新工具可为客户提供全面支持，助其开发和制造采用WiSA E和WiSA DS设计、用于多声道音频的产品
- 艾迈斯欧司朗推出智能多像素EVIYOS 2.0 LED，适用于高精度自适应 EVIYOS 2.0具备高分辨率、完全防眩智能远光功能，在远光模式下自动降低眩光；EVIYOS 2.0将图像和安全警示投射
- 全新Arm IP Explorer平台助力SoC架构师与设计厂商加速IP选择 Arm推出全新Arm IP Explorer平台
