3. CAN总线硬件：收发器、控制器与终端电阻
CAN总线硬件层是故障定位的物理基础。收发器、控制器与终端电阻三者协同工作，任何一环异常都会导致通信失败。本节从器件选型、功能对比到故障特征，逐一拆解。
3.1 CAN收发器：TJA1050 与 SN65HVD230
收发器负责将CAN控制器的逻辑电平转换为差分信号（CAN_H / CAN_L），并提供总线驱动与保护。主流收发器对比如下：
| 参数 | TJA1050（NXP） | SN65HVD230（TI） |
|---|---|---|
| 工作电压 | 4.75V ~ 5.25V | 3.0V ~ 3.6V |
| 速率 | 最高 1 Mbps | 最高 1 Mbps |
| 待机模式 | 支持（STB引脚） | 支持（S引脚） |
| 总线引脚保护 | ±8 kV ESD（HBM） | ±16 kV ESD（HBM） |
| 共模范围 | -2V ~ +7V | -7V ~ +12V |
| 典型应用 | 5V系统（传统汽车ECU） | 3.3V系统（工业/嵌入式） |
故障排查提示： 若总线隐性电平（CAN_H ≈ 2.5V，CAN_L ≈ 2.5V）或显性电平（CAN_H ≈ 3.5V，CAN_L ≈ 1.5V）偏离超过 ±0.3V，优先检查收发器供电与参考地。
3.2 CAN控制器：SJA1000 与 MCP2515
控制器实现CAN协议的数据链路层：帧封装、仲裁、错误检测与重发。独立控制器常用于MCU无内置CAN外设的场景。
- SJA1000（NXP）： 支持BasicCAN与PeliCAN模式，5V供电，需外部晶振（16MHz典型值），通过地址/数据总线与MCU通信。
- MCP2515（Microchip）： 支持CAN 2.0B，3.3V/5V兼容，SPI接口（最高10 MHz），内置屏蔽与过滤器，适合低引脚数MCU。
| 特性 | SJA1000 | MCP2515 |
|---|---|---|
| 接口类型 | 并行（8位） | SPI（串行） |
| 供电电压 | 5V | 2.7V ~ 5.5V |
| 接收缓冲器 | 64字节FIFO | 2个接收缓冲器 + 3个发送缓冲器 |
| 错误中断 | 总线错误、仲裁丢失、错误被动 | 错误状态、总线活动、帧错误 |
| 典型故障 | 地址冲突、晶振停振 | SPI时序错误、MISO电平异常 |
常见故障点： MCP2515的SPI通信速率过高（超过10 MHz）会导致数据错位；SJA1000的ALE引脚悬空会造成地址锁存错误。测量控制器输出TX引脚与收发器输入TX引脚之间的波形，可快速定位数据链路断点。
3.3 终端电阻：120Ω 的物理意义
CAN总线两端各需一个120Ω终端电阻，用于匹配传输线阻抗、抑制信号反射。电阻缺失或阻值偏差是导致总线波形畸变、位定时错误的首要硬件原因。
- 标准值： 每个终端电阻 120Ω ±1%，总线等效负载约 60Ω。
- 测量方法： 断电状态下，在总线任意节点测量CAN_H与CAN_L之间的直流电阻。正常值约 60Ω（两端电阻并联）。
- 异常判断：
- ≈ 120Ω：仅一端有终端电阻，另一端缺失。
- ≈ 40Ω：存在三个或更多终端电阻并联。
- ≈ 0Ω：CAN_H与CAN_L短路。
- ∞：总线开路或终端电阻全部缺失。
实训要点： 使用万用表电阻档测量总线终端电阻时，必须断开所有节点电源，否则测量结果会被节点内部偏置电阻干扰。
3.4 硬件故障快速定位流程
- 供电检查： 测量收发器VCC引脚电压（TJA1050需5V，SN65HVD230需3.3V），偏差超过±5%即异常。
- 终端电阻测量： 断电测CAN_H与CAN_L间电阻，正常约60Ω。若为120Ω，检查远端终端电阻是否脱落。
- 隐性电平验证： 上电后示波器测CAN_H与CAN_L对地电压，均应为2.5V左右。若偏差＞0.3V，检查收发器偏置或总线对电源/地短路。
- 显性电平验证： 发送数据帧时，CAN_H应升至3.5V，CAN_L降至1.5V，差分电压约2V。若差分＜1.2V，总线驱动能力不足。
- 控制器输出检查： 示波器测控制器TX引脚，应有清晰方波（逻辑0为0V，逻辑1为VCC）。若无波形，检查晶振与SPI/并行通信。
实训案例： 某CAN网络偶发通信中断，测量总线电阻为120Ω，确认远端节点终端电阻缺失。补装120Ω电阻后，通信恢复正常，波形过冲消失。