在 CAN 总线系统中，终端电阻是一个关键的组成部分。今天我们就来深入探讨一下 CAN 总线终端电阻为什么通常是 120Ω，以及功率为何常选 0.25W。
一般来说，CAN 总线终端电阻为 120 欧姆，在实际设计中，常采用两个 60 欧姆的电阻串联。并且总线上通常有两个 120Ω 的节点，这是了解 CAN 总线的人都熟知的知识。但对于终端电阻的具体作用，很多人可能只知道阻抗匹配，却不清楚究竟匹配的是什么。下面我们就详细总结一下相关知识点，了解终端电阻的作用，有助于在日常工作中更快地排查波形不稳定等问题。
终端电阻的作用
CAN 总线终端电阻主要有以下 3 个作用：
提高抗干扰能力：让高频低能量的信号迅速衰减。
确保总线快速进入隐性状态：使寄生电容的能量更快释放。
提高信号质量：放置在总线两端，降低反射能量。
提高抗干扰能力
CAN 总线具有 “显性” 和 “隐性” 两种状态，“显性” 代表 “0”，“隐性” 代表 “1”，这由 CAN 收发器决定。下图展示了一个 CAN 收发器的典型内部结构，CANH、CANL 连接总线。当总线处于显性状态时，收发器内部的 Q1、Q2 导通，CANH、CANL 之间产生压差；处于隐性状态时，Q1、Q2 截止，CANH、CANL 处于无源状态，压差为 0。
若总线没有负载，在隐性状态下，差分电阻阻值很大，内部的 MOS 管属于高阻态。此时，外部的干扰只需极小的能量就能使总线进入显性状态（一般的收发器显性门限电压仅 500mV）。当有差模干扰出现时，总线上会产生明显波动，且这些波动无处吸收，就会在总线上产生一个显性位。因此，为提高总线隐性时的抗干扰能力，可以增加一个差分负载电阻，且阻值应尽可能小，以减少大部分噪声能量的影响。不过，为避免总线进入显性状态需要过大电流，阻值也不能过小。
确保快速进入隐性状态
在显性状态期间，总线的寄生电容会被充电，当恢复到隐性状态时，这些电容需要放电。如果 CANH、CANL 之间没有放置任何阻性负载，电容只能通过收发器内部的差分电阻放电，该阻抗较大。根据 RC 滤波电路的特性，放电时间会明显变长。我们在收发器的 CANH、CANL 之间加入一个 220PF 的电容进行模拟试验，位速率为 500kbit/s，得到的波形下降沿较长。
为了让总线寄生电容快速放电，确保总线快速进入隐性状态，需要在 CANH、CANL 之间放置一个负载电阻。增加一个 60Ω 的电阻后，波形如图所示，从图中可以看出，显性恢复到隐性的时间缩减到 128nS，与显性建立时间相当。
提高信号质量
在较高的信号转换速率下，当信号边沿能量遇到阻抗不匹配时，会产生信号反射；传输线缆横截面的几何结构发生变化，线缆的特征阻抗也会随之改变，同样会造成反射。能量反射时，反射的波形与原来的波形叠加，就会产生振铃。在总线线缆的末端，阻抗急剧变化会导致信号边沿能量反射，总线上会出现振铃。若振铃幅度过大，就会影响通信质量。
在线缆末端增加一个与线缆特征阻抗一致的终端电阻，可以吸收这部分能量，避免振铃的产生。有人进行了一个模拟试验，位速率为 1Mbit/s，收发器 CANH、CANL 接一根 10m 左右的双绞线，收发器端接 120Ω 电阻保证隐性转换时间，末端不加负载。末端信号波形如图所示，信号上升沿出现了振铃。若在双绞线末端增加一个 120Ω 的电阻，末端信号波形明显改善，振铃消失。
一般在直线型拓扑中，线缆两端既是发送端，也是接收端，所以线缆两端都需要各加一个终端电阻。在实际应用中，CAN 总线通常不是完美的总线式设计，很多时候是总线型和星型的混合结构，此时一般将 CAN 终端电阻布置在线束远的两端，以尽量模拟 CAN 总线的标准结构。
为什么选 120Ω？
在电学中，对电路中电流所起的阻碍作用叫做阻抗，单位为欧姆，常用 Z 表示，它是一个复数 Z = R + i (ωL – 1/（ωC）)。具体来说，阻抗可分为电阻（实部）和电抗（虚部）两部分，其中电抗又包括容抗和感抗，由电容引起的电流阻碍称为容抗，由电感引起的电流阻碍称为感抗。这里的阻抗是指 Z 的模。
任何一根线缆的特征阻抗都可以通过实验得出。将线缆的一端接方波发生器，另一端接一个可调电阻，并通过示波器观察电阻上的波形。调整电阻阻值，直到电阻上的信号是一个良好的无振铃的方波，此时的电阻值可认为与线缆的特征阻抗一致。采用两根汽车使用的典型线缆，将它们扭制成双绞线，根据上述方法可得到特征阻抗大约为 120Ω，这也是 CAN 标准推荐的终端电阻阻值。所以，这个 120Ω 是通过实际测量得到的，而非计算得出，是根据实际的线束特性确定的。当然，在 ISO 11898 - 2 这个标准中也有相关定义。
为什么功率还要选 0.25W？
这需要结合一些故障状态进行计算。汽车 ECU 的所有接口都需要考虑短路到电源和短路到地的情况，所以我们也要考虑 CAN 总线的节点短路到电源的情况。根据标准，需要考虑短路到 18V 的情况。假设 CANH 短路到 18V，电流会通过终端电阻流到 CANL 上，而 CANL 内部由于限流的原因，注入电流为 50mA（TJA1145 的规格书上标注）。此时，120Ω 电阻的功率为 50mA * 50mA * 120Ω = 0.3W。考虑到高温情况下的降额，终端电阻的功率通常选择 0.5W。
