什么是CAN总线？-3
在一文读懂can总线（一）中我们介绍了标准can和扩展can以及can消息类型；在一文读懂can总线（二）中为大家介绍了can总线的位填充机制、错误检测和故障界定、网络拓扑、终端匹配、电缆与接线、差分信号电压幅值。
在本文中将继续为大家深入讲解电缆截面积与通讯距离，波特率、终端匹配电阻与通讯距离，信号延迟与通讯距离和节点最小间距。
电缆截面积与通讯距离
电缆截面积对通讯距离影响很大，特别是远距离通讯。远距离传输线上的分布电容、分布电感和直流参数会引起信号衰减。
很多can通讯应用都具有距离远、波特率低的特性。这种情况下，传输电缆的直流电阻对传输距离影响非常大，因为这个直流电阻会和终端匹配电阻分压。
△传输电缆直流电阻分压示意图
注意：图中故意忽略了分布电容和分布电感的影响，因此传输的波形没有畸变。
如上图所示：
1号节点与2号节点相隔5km，使用的传输电缆直流电阻12.8ω/km，终端匹配电阻为124ω；
1号节点发送的波形差分电压幅值为2v，经过5km传输电缆到2号节点时，差分电压幅值大约为1v，信号衰减了一半。
我们在一文读懂can总线（二）中提到过：can总线上的差分电压>0.9v才能被识别成显性电平。而为了保证可靠的数据通讯，常用的经验法则是：最末端节点差分电压幅值不小于1.2v。
现在2号节点只有1v差分电压，其可靠性已经变得较低了。
对于双绞线，假设其终端匹配电阻与电缆特性阻抗相同，则截面积与最大通讯距离之间的关系可参考下图：
△截面积与最大通讯距离关系
为了把电缆直流电阻引起的电压衰减降到最小，较大的终端电阻值（150~300欧姆）有助于增加总线长度。
比如使用截面积为1.5 m㎡的双绞线电缆，电缆特性阻抗为120ω。传输波特率为5kpbs的数据时，使用120ω的匹配电阻最远可以传输5km，但使用300ω的匹配电阻则可以传输7km。
波特率、终端匹配电阻与通讯距离
通过上文我们已经知道了传输线截面积与通讯距离的关系，下面将保持传输线截面积不变，查看其它参数对通讯距离的影响。
△波特率、终端匹配电阻和通讯距离关系图
以截面积为1.5 m㎡屏蔽双绞线为例，其波特率、终端匹配电阻与通讯距离的关系如上图所示。
从其中可以看出，当波特率较高时，其通讯距离有限。比如1mbps，信号隔离后的can通讯距离大约为25~30米（大部分的实际项目中都会对can通讯模块电气隔离，隔离器件会降低通讯距离）。
所以波特率较低时并且将终端匹配电阻增大，可远距离通讯。比如5kbps、终端匹配电阻为390ω时，通讯距离可达10km。
信号延迟与通讯距离
高波特率情况下，制约can通讯距离的，是信号延迟。信号经过隔离光耦、传输电缆、esd器件时，都会引起信号延迟。如果can的重同步也不足以弥补这个延迟，就会导致采样错误，最终crc校验错误。
通过上图（截面积为1.5 m㎡传输电缆的波特率、终端匹配电阻与通讯距离的关系图）中，其中当波特率为1mbps时，通讯距离大约为30米。30米的通讯电缆，其传输损耗可以忽略不计，此时影响通讯距离的主要是信号延迟。
通常，传输电缆延时为5ns/m、高速光耦延时可达25ns、磁耦合隔离器件延迟3~5ns。
在can通讯系统中，一个优良的延迟标准是：
t1_max<0.245×tbit
其中：
t1_max：最大延迟时间
tbit：位时间
以1mbps为例，其位时间为1us，则t1_max < 0.245 × tbit = 0.245 × 1us = 245ns。信号在1.5 m㎡传输电缆上传输49米就能达到这个延迟时间，另外再加上信号上升/下降沿时间以及隔离器件、esd器件、pcb走线延时，实际项目中，1mbps波特率在1.5 m㎡传输电缆上只能传输30米。
这也是为什么rs485波特率可以达到10mbps甚至50mbps，而can标准最大速率只有1mbps的原因。
下图为判定延迟的参考标准，在实际项目中，推荐信号延迟处于良好一栏标准。
△最大延迟参考标准
节点最小间距
can总线是分布式参数电路，其电气特性和响应主要由沿物理介质分布的电感和电容所决定。这里物理介质包括连接电缆、连接器、终端和沿总线挂接的can设备。
空载情况下，传输电缆的特性阻抗近似为z=√(l/c)，其中l为电缆单位长度感抗，c为电缆单位长度电容。
随着负载的增加，传输线上的电容增加（负载电容、负载与总线连接线电容），传输电缆特性阻抗相比空载情况下变小。
△负载不均衡的can总线原理示意图
如上图，如果负载比较集中，则负载区传输电缆特性阻抗和空闲区电缆特性阻抗相差较大，从而会引起阻抗不匹配。
can总线阻抗不匹配会产生信号反射，再加上can的仲裁机制：在仲裁期间，两个或更多个节点可能同时发送多个显性位。
在上图中，当开关s1在t=0时刻从显性状态切换到隐性状态，can驱动器差分输出电压为vs，总线上的差分信号会由显性状态（vs）变成稳定的隐性状态（0v）。这个信号波形会沿着总线向下传播，到达总线的负载区时，阻抗不匹配引起的反射电压将返回到源端。
负载与负载之间的最小安全距离d是设备集总负载电容cl和电缆的单位长度分布电容c的函数，定义如下：
设备集总负载电容cl包括can收发器引脚、连接器、隔离器件、保护器件、印制电路板走线以及其它物理连线的电容总和。
下图为最小can设备间距与截止电容的详细关系图：
△最小can设备间距
3.3v的can收发器一般能达到16pf电容，具体可以参考收发器数据手册；印制板走线一般0.5pf~0.8pf/cm，这取决于电路板的材质和结构；连接器和保护装置（比如esd器件）的电容值可能范围会很大，具体要参考设备数据手册；非屏蔽双绞线介质的分布电容大约在40pf/m~70pf/m。
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电缆截面积对通讯距离影响很大，特别是远距离通讯。远距离传输线上的分布电容、分布电感和直流参数会引起信号衰减。
很多can通讯应用都具有距离远、波特率低的特性。这种情况下，传输电缆的直流电阻对传输距离影响非常大，因为这个直流电阻会和终端匹配电阻分压。
△传输电缆直流电阻分压示意图
注意：图中故意忽略了分布电容和分布电感的影响，因此传输的波形没有畸变。
如上图所示：
1号节点与2号节点相隔5km，使用的传输电缆直流电阻12.8ω/km，终端匹配电阻为124ω；
1号节点发送的波形差分电压幅值为2v，经过5km传输电缆到2号节点时，差分电压幅值大约为1v，信号衰减了一半。
我们在一文读懂can总线（二）中提到过：can总线上的差分电压>0.9v才能被识别成显性电平。而为了保证可靠的数据通讯，常用的经验法则是：最末端节点差分电压幅值不小于1.2v。
现在2号节点只有1v差分电压，其可靠性已经变得较低了。
对于双绞线，假设其终端匹配电阻与电缆特性阻抗相同，则截面积与最大通讯距离之间的关系可参考下图：
△截面积与最大通讯距离关系
为了把电缆直流电阻引起的电压衰减降到最小，较大的终端电阻值（150~300欧姆）有助于增加总线长度。
比如使用截面积为1.5 m㎡的双绞线电缆，电缆特性阻抗为120ω。传输波特率为5kpbs的数据时，使用120ω的匹配电阻最远可以传输5km，但使用300ω的匹配电阻则可以传输7km。
波特率、终端匹配电阻与通讯距离
通过上文我们已经知道了传输线截面积与通讯距离的关系，下面将保持传输线截面积不变，查看其它参数对通讯距离的影响。
△波特率、终端匹配电阻和通讯距离关系图
以截面积为1.5 m㎡屏蔽双绞线为例，其波特率、终端匹配电阻与通讯距离的关系如上图所示。
从其中可以看出，当波特率较高时，其通讯距离有限。比如1mbps，信号隔离后的can通讯距离大约为25~30米（大部分的实际项目中都会对can通讯模块电气隔离，隔离器件会降低通讯距离）。
所以波特率较低时并且将终端匹配电阻增大，可远距离通讯。比如5kbps、终端匹配电阻为390ω时，通讯距离可达10km。
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通过上图（截面积为1.5 m㎡传输电缆的波特率、终端匹配电阻与通讯距离的关系图）中，其中当波特率为1mbps时，通讯距离大约为30米。30米的通讯电缆，其传输损耗可以忽略不计，此时影响通讯距离的主要是信号延迟。
通常，传输电缆延时为5ns/m、高速光耦延时可达25ns、磁耦合隔离器件延迟3~5ns。
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其中：
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