在前文一文讀懂CAN總線（一）中我們簡單介紹了CAN通訊協議，講了標準CAN和擴展CAN以及CAN消息類型，在本文中將繼續為大家深入講解CAN總線的位填充機制、錯誤檢測和故障界定、網絡拓撲、終端匹配、電纜與接線、差分信號電壓幅值。

位填充機制

定義及機制形式

幀起始、仲裁域、控制域、數據域以及CRC校驗和域，均通過位填充方法編碼。

位填充是指：

無論何時，發送器只要檢測到位流中有5個連續相同邏輯的位，便會自動在位流中插入一個補碼位。

舉例來說，如果連續5個顯性位，則在5個顯性位之后自動插入1個隱性位，接收器會自動刪除這個插入的填充位。

數據幀或遠程幀的剩余位域（CRC界定符、應答域和幀結尾域）形式固定，不填充；錯誤幀和過載幀也不填充。

作用

1.CAN網絡同步需要足夠多的上升沿，這是CAN協議規定位填充的目的之一。

2.確保數據幀不會被當作錯誤幀（由6個連續的顯性或隱性位組成）、確保正確識別幀結束標志（7個連續隱性位）。

錯誤檢測和故障界定

CAN總線具有很高的“健壯性”，這是因為CAN具有多種錯誤檢查機制。

CAN協議制定了5種錯誤檢測方法，3種位于報文層，2種位于位流層。

如果一個數據幀出現錯誤，那么這個幀會被丟棄，并且接收節點還會發送一個錯誤幀。這會強制發送節點重復發送出錯的報文，直到接收節點正確接收；如果同一個報文重復出錯，達到一定次數后，發送節點可以關閉發送功能以降低對總線的影響。

報文層錯誤檢測

報文層的錯誤檢測包括CRC和ACK。

CRC域包含15位校驗、1位界定符；ACK域包括1位應答位、1位界定符。

CRC校驗錯誤

CRC校驗錯誤很好理解，它對數據域以及數據域之前的位生產CRC校驗。由于一幀CAN報文數據流很小（最多8個用戶數據），所以15位CRC的偵錯能力非常優秀。

ACK校驗錯誤

ACK域是怎么起作用的呢？

這是由CAN協議規定的，即發送節點發送一幀數據后，接收節點必須向發送節點應答，如果發送節點沒有收到接收節點的應答信號，就會認為自己發送失敗，從而重傳數據。

報文層的第三種錯誤檢查方法是

格式檢查

。這種檢查會監控報文中那些一定為隱性位的域，如果這些域中出現顯性位，則檢測到格式錯誤。這些域包括SOF、EOF、ACK的界定符和CRC的界定符。

位流層錯誤檢測

位錯誤

位流層的錯誤檢測之一是發送到總線上的每一個數據位，都會被監視，如果發現發送的位和總線上的位不相同時，產生位錯誤。

這種監視機制并不會監視仲裁域的位，這是因為多個節點同時競爭總線時，優先級高的節點可能會覆寫總線上的仲裁域位。

位填充規則

位流層的另外一個錯誤檢測機制是位填充規則：5個連續相同邏輯位之后，如果第6個位的邏輯還和前五個相同，則產生位填充錯誤。

網絡拓撲

CAN使用差分信號，需要一對信號線，推薦使用雙絞線，網絡拓撲如下圖所示。

CAN總線網絡拓撲結構圖

使用差分信號可以抑制共模干擾、能夠增加系統可靠性，允許使用更高的速率。

高速ISO11898標準規定了CAN傳輸最高速率為1Mbps，在這個速率下，傳輸距離最長40米（掛接30個節點，CAN信號不隔離）。推薦節點分支長度最大為0.3米、使用帶屏蔽或不帶屏蔽的雙絞線，線纜特性阻抗為120歐姆。

終端匹配

終端匹配電阻大小等于傳輸電纜特性阻抗，傳輸電纜特性阻抗由電纜供應商提供，一般近似為：

Z=√(L/C)

其中L為電纜單位長度感抗，C為電纜單位長度電容。

由于CAN收發器結構，從隱性變成顯性由晶體管驅動，所以都是很陡的，但是從顯性回到隱性，卻需要終端電阻來放電，否則就會由于導線分布電容，緩慢放電，導致位寬錯誤。

所以所謂的近距離、低波特率CAN總線不加終端電阻的做法，都是錯誤的。

RS485與CAN總線不同，由于RS485收發器中一般都內置失效保護電路，在近距離、低波特率下允許不加終端匹配電阻。

電纜與接線

CAN總線采用差分信號傳輸，如果使用帶屏蔽雙絞線，屏蔽層應單點接地。

帶單屏蔽層的CAN電纜剖析與連接線示范

通常電纜截面積越小，其分布電容、分布電感和直流電阻越大。當通訊距離較遠時，電容、電感和直流電阻會引起信號衰減，波形失真和抖動。

一般情況下，電纜供應商會提供信號衰減圖表。

24-AWG電纜衰減和頻率的關系

差分信號電壓幅值

CAN電平幅值

如上圖所示，兩條信號線CAN_H和CAN_L靜態時均為2.5V左右，此時狀態表示邏輯1，稱作隱性；CAN_H比CAN_L高表示邏輯0，稱為顯性，此時通常CAN_H電壓3.5V、CAN_L電壓1.5V。

差分電壓幅值與電平極性關系

CAN標準規定，CAN總線上的差分電壓>0.9V才能被識別成顯性電平，<0.5V才能被識別成隱性電平，0.5~0.9之間的電平不能確定電平極性。如上圖所示。?

終端匹配電阻數目與差分電壓幅值關系

在實際項目布線時，容易漏加或者多加終端匹配電阻。我們可以通過測量CAN差分電壓幅值來評估是否漏加或多加終端匹配電阻。

如果不計導線電阻，終端電阻固定為120歐姆，單節點CAN總線差分電壓如上圖所示。