終端電阻的具體作用是什么？信號反射是怎么產生的？

使用過CAN或RS-485總線的同學應該對終端電阻有所了解，用485和CAN總線的時候只知道要加一個120歐的終端電阻，但是終端電阻具體的作用是什么呢？什么是終端電阻？百度百科中對終端電阻的解釋為： ?

終端電阻，是一種電子信息在傳輸過程中遇到的阻礙。高頻信號傳輸時，信號波長相對傳輸線較短，信號在傳輸線終端會形成反射波，干擾原信號，所以需要在傳輸線末端加終端電阻，使信號到達傳輸線末端后不反射。對于低頻信號則不用。在長線信號傳輸時，一般為了避免信號的反射和回波，也需要在接收端接入終端匹配電阻。 ?

看了上面的定義，可能大家都清楚終端電阻的作用主要是用于消除信號反射。我相信很多人對信號反射仍然一知半解。小編為大家總結了一下的幾個疑問：

終端電阻的具體作用是什么？

信號反射是怎么產生的？

終端電阻如何消除信號反射？

為什么終端電阻的阻值是120歐姆？

終端電阻怎么測量？

終端電阻怎么接線？

一：終端電阻的具體作用是什么？

CAN總線終端電阻的作用有3個：????????????

1、提高抗干擾能力，讓高頻低能量的信號迅速走掉

2、確?？偩€快速進入隱性狀態，讓寄生電容的能量更快走掉；

3、提高信號質量，放置在總線的兩端，讓反射能量降低。

提高抗干擾能力

我們都知道CAN總線上的信號區分“顯性”和“隱性”兩種狀態?！帮@性”對應二進制的“邏輯0”，“隱性”對應二進制的“邏輯1”；如下圖所示。

CANH與CANL差分電壓為0V左右時為“隱性”，差分電壓為2V左右時為“顯性”，“顯性”或“隱性”由CAN收發器決定。以TJA1042T收發器為例，內部邏輯框圖如下：

總線“顯性”時，收發器內部Q1、Q2導通，CANH、CANL之間產生壓差；“隱性”時，Q1、Q2截止，CANH、CANL處于無源狀態，壓差為0。

總線負載時，“隱性”時差分電阻阻值很大，外部的干擾只需要極小的能量即可令總線進入“顯性”（一般的收發器顯性門限最小電壓僅500mV，壓差為500mV時，總線就判斷為“顯性”）?？偩€上有差模干擾時，總線上就會有明顯的波動，而這些波動沒有地方能夠吸收掉他們，就會在總線上創造一個顯性位出來。

所以為提升總線隱性時的抗干擾能力，可以增加一個差分負載電阻，且阻值盡可能小，以杜絕大部分噪聲能量的影響。然而，為了避免需要過大的電流總線才能進入“顯性”，阻值也不能過小。

確保總線盡快進入隱性狀態

由于總線上不可避免的存在寄生電容，CAN總線數據傳輸時，“隱性”和“顯性”狀態變化會對寄生電容進行充電和放電，若總線中無阻性負載，信號波形會出現“緩慢變化”的過程。如下圖所示;

將上圖放大后可發現顯性恢復到隱性的時間長達1.44μS。在采樣點較高的情況下勉強能夠通信，若通信速率更高，或寄生電容更大，則很難保證通信正常。如下圖所示：

為了讓總線寄生電容快速放電，確?？偩€快速進入隱性狀態，需要在CANH、CANL之間放置一個負載電阻。

增加一個60Ω的電阻后，從上圖中看出，顯性恢復到隱性的時間縮減到128nS，與顯性建立時間相當。

由以上的波形對比可發現，終端電阻會使總線更快的在“顯性”和“隱性”狀態間變化。

吸收反射的信號，提高信號質量

信號在較高的轉換速率情況下，信號當信號遇到阻抗變化時，會產生信號反射；傳輸線纜橫截面的幾何結構發生變化，線纜的特征阻抗會隨之變化，也會造成反射。反射的信號則會返回來影響質量，在總線上產生“振鈴”，如下圖所示：

若“振鈴”信號過大，就會影響信號質量，甚至造成總線數據傳輸錯誤；

在線纜末端增加一個與線纜特征阻抗一致的終端電阻，可以將反射信號的能量吸收，避免振鈴的產生，如下圖所示。

二：信號反射是怎么產生的？

阻抗不連續和阻抗不匹配時，均會產生信號反射。

阻抗不連續時的反射

當交流電在導體中時，一旦阻抗發生變化，比如從一種材質的導線進入了另一種材質的導線，電流就會分成兩部分，一部分進入下一段介質繼續傳輸，另一部分則沿原路徑返回，干擾后面的信號。

這個現象與光的傳播類似。當光線從一種介質射入另一種介質時，一部分衰減后繼續前進，另一部分則返回原介質。

CAN信號傳輸至在線纜終點時，由于阻抗突然發生變化，就相當于讓電流從導線進入空氣這種介質。由于兩種介質差異很大，因此電流的反射效果較明顯。

反射的信號會疊加在后面正常的信號上。如果反射的信號較強，使得接收節點不能從疊加后的電波中辨識出有用的信息，通訊就無法正常進行。

在線纜終點處，增加與線纜阻抗相匹配的終端電阻（比如120歐），不會出現阻抗突然變化的情況，即可有效避免信號的反射。

阻抗不匹配時的信號反射

當CAN收發器與傳輸電纜之間的阻抗不匹配時，也會引起信號反射。

在高頻電路中，當信號的頻率很高時，則信號的波長就很短，當波長短得跟傳輸線長度可以比擬時，反射信號疊加在原信號上將會改變原信號的形狀。如果傳輸線的特征阻抗跟負載阻抗不匹配時，在負載端就會產生反射。

【請關注本公眾號的其他文章，了解什么是阻抗匹配，什么是阻抗不匹配】。

三：為什么終端電阻是120歐姆？

通過以上信號反射產生的原因，我們可以總結出：終端電阻的阻值取決于線纜的阻抗。 ? 任何一根線纜的特征阻抗都可以通過實驗的方式得出。線纜的一端接方波發生器，另一端接一個可調電阻，并通過示波器觀察電阻上的波形。調整電阻阻值的大小，直到電阻上的信號是一個良好的無振鈴的方波，此時的電阻值可以認為與線纜的特征阻抗一致。 ? 在CAN總線中使用的典型線纜，將它們扭制成雙絞線，就可根據上述方法得到特征阻抗大約為120Ω，這也是CAN標準推薦的終端電阻阻值，所以這個120Ω是測出來的，不是算出來的，都是根據實際的線束特性進行計算得到的。 ? 這也是CAN標準中推薦的阻值 ?

四：CAN終端電阻怎么接線？

如下圖所示是CAN總線的經典拓撲圖。終端電阻一般選擇放在最遠的兩個節點上。如果其中一個放在中間位置，終端電阻外面的CAN收發器處于支路上，這將大大增加該節點的信號反射，進而影響總線通訊。