在一文讀懂CAN總線（一）中我們介紹了標準CAN和擴展CAN以及CAN消息類型；在一文讀懂CAN總線（二）中為大家介紹了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。

在本文中將繼續為大家深入講解電纜截面積與通訊距離，波特率、終端匹配電阻與通訊距離，信號延遲與通訊距離和節點最小間距。

電纜截面積與通訊距離

電纜截面積對通訊距離影響很大，特別是遠距離通訊。遠距離傳輸線上的分布電容、分布電感和直流參數會引起信號衰減。

很多CAN通訊應用都具有距離遠、波特率低的特性。這種情況下，傳輸電纜的直流電阻對傳輸距離影響非常大，因為這個直流電阻會和終端匹配電阻分壓。

△傳輸電纜直流電阻分壓示意圖

注意：圖中故意忽略了分布電容和分布電感的影響，因此傳輸的波形沒有畸變。

如上圖所示：

1號節點與2號節點相隔5km，使用的傳輸電纜直流電阻12.8Ω/km，終端匹配電阻為124Ω；

1號節點發送的波形差分電壓幅值為2V，經過5km傳輸電纜到2號節點時，差分電壓幅值大約為1V，信號衰減了一半。

我們在一文讀懂CAN總線（二）中提到過：CAN總線上的差分電壓>0.9V才能被識別成顯性電平。而為了保證可靠的數據通訊，常用的經驗法則是：最末端節點差分電壓幅值不小于1.2V。

現在2號節點只有1V差分電壓，其可靠性已經變得較低了。

對于雙絞線，假設其終端匹配電阻與電纜特性阻抗相同，則截面積與最大通訊距離之間的關系可參考下圖：

△截面積與最大通訊距離關系

為了把電纜直流電阻引起的電壓衰減降到最小，較大的終端電阻值（150~300歐姆）有助于增加總線長度。

比如使用截面積為1.5 m㎡的雙絞線電纜，電纜特性阻抗為120Ω。傳輸波特率為5kpbs的數據時，使用120Ω的匹配電阻最遠可以傳輸5km，但使用300Ω的匹配電阻則可以傳輸7km。

波特率、終端匹配電阻與通訊距離

通過上文我們已經知道了傳輸線截面積與通訊距離的關系，下面將保持傳輸線截面積不變，查看其它參數對通訊距離的影響。

△波特率、終端匹配電阻和通訊距離關系圖

以截面積為1.5 m㎡屏蔽雙絞線為例，其波特率、終端匹配電阻與通訊距離的關系如上圖所示。

從其中可以看出，當波特率較高時，其通訊距離有限。比如1Mbps，信號隔離后的CAN通訊距離大約為25~30米（大部分的實際項目中都會對CAN通訊模塊電氣隔離，隔離器件會降低通訊距離）。

所以波特率較低時并且將終端匹配電阻增大，可遠距離通訊。比如5kbps、終端匹配電阻為390Ω時，通訊距離可達10km。

信號延遲與通訊距離

高波特率情況下，制約CAN通訊距離的，是信號延遲。信號經過隔離光耦、傳輸電纜、ESD器件時，都會引起信號延遲。如果CAN的重同步也不足以彌補這個延遲，就會導致采樣錯誤，最終CRC校驗錯誤。

通過上圖（截面積為1.5 m㎡傳輸電纜的波特率、終端匹配電阻與通訊距離的關系圖）中，其中當波特率為1Mbps時，通訊距離大約為30米。30米的通訊電纜，其傳輸損耗可以忽略不計，此時影響通訊距離的主要是信號延遲。

通常，傳輸電纜延時為5ns/m、高速光耦延時可達25ns、磁耦合隔離器件延遲3~5ns。

在CAN通訊系統中，一個優良的延遲標準是：

t1_MAX<0.245×tBIT

其中：

t1_MAX：最大延遲時間
tBIT：位時間

以1Mbps為例，其位時間為1us，則t1_MAX < 0.245 × tBIT = 0.245 × 1us = 245ns。信號在1.5 m㎡傳輸電纜上傳輸49米就能達到這個延遲時間，另外再加上信號上升/下降沿時間以及隔離器件、ESD器件、PCB走線延時，實際項目中，1Mbps波特率在1.5 m㎡傳輸電纜上只能傳輸30米。

這也是為什么RS485波特率可以達到10Mbps甚至50Mbps，而CAN標準最大速率只有1Mbps的原因。

下圖為判定延遲的參考標準，在實際項目中，推薦信號延遲處于良好一欄標準。

△最大延遲參考標準

節點最小間距

CAN總線是分布式參數電路，其電氣特性和響應主要由沿物理介質分布的電感和電容所決定。這里物理介質包括連接電纜、連接器、終端和沿總線掛接的CAN設備。

空載情況下，傳輸電纜的特性阻抗近似為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。

隨著負載的增加，傳輸線上的電容增加（負載電容、負載與總線連接線電容），傳輸電纜特性阻抗相比空載情況下變小。

△負載不均衡的CAN總線原理示意圖

如上圖，如果負載比較集中，則負載區傳輸電纜特性阻抗和空閑區電纜特性阻抗相差較大，從而會引起阻抗不匹配。

CAN總線阻抗不匹配會產生信號反射，再加上CAN的仲裁機制：在仲裁期間，兩個或更多個節點可能同時發送多個顯性位。

在上圖中，當開關S1在t=0時刻從顯性狀態切換到隱性狀態，CAN驅動器差分輸出電壓為Vs，總線上的差分信號會由顯性狀態（Vs）變成穩定的隱性狀態（0V）。這個信號波形會沿著總線向下傳播，到達總線的負載區時，阻抗不匹配引起的反射電壓將返回到源端。

負載與負載之間的最小安全距離d是設備集總負載電容CL和電纜的單位長度分布電容C的函數，定義如下：

設備集總負載電容CL包括CAN收發器引腳、連接器、隔離器件、保護器件、印制電路板走線以及其它物理連線的電容總和。

下圖為最小CAN設備間距與截止電容的詳細關系圖：

△最小CAN設備間距

3.3V的CAN收發器一般能達到16pF電容，具體可以參考收發器數據手冊；印制板走線一般0.5pF~0.8pF/cm，這取決于電路板的材質和結構；連接器和保護裝置（比如ESD器件）的電容值可能范圍會很大，具體要參考設備數據手冊；非屏蔽雙絞線介質的分布電容大約在40pF/m~70pF/m。