2、CAN物理层：差分信号原理、CAN_H与CAN_L电平、终端电阻作用、总线拓扑结构

大家好，欢迎来到第二讲。

上一讲我们聊了CAN总线能干什么，这一讲我们得把它的“地基”挖开看看。物理层，说白了就是信号怎么在线上跑。你想想看，汽车发动机舱里那么大的电磁干扰，要是用普通的0和5V传数据，早就被噪声淹没了。CAN为什么这么皮实？核心秘密就在——差分信号。

2.1 差分信号：为什么CAN能扛干扰？

我刚开始做嵌入式那会儿，对差分信号的理解就是“两根线传一个信号”，觉得挺浪费的。直到有一次在电机驱动项目里，用单端UART通信，电机一转，数据就全乱码了。后来换成CAN，同样的线缆长度，稳如老狗。这才真正体会到差分信号的价值。

差分信号的核心思想很简单：

• CAN_H 和 CAN_L 两根线，电压是反着变化的。
• 接收器不看单根线的绝对电压，而是看两根线的 电压差（Vdiff = CAN_H - CAN_L）。

为什么会这样？因为外部干扰通常是共模的——同时加到两根线上。比如一个强电磁脉冲过来，CAN_H从2.5V跳到3.0V，CAN_L也从2.5V跳到3.0V。单看每根线，信号变了，但它们的差值呢？3.0V - 3.0V = 0V，没变！这就是差分信号抗干扰的底层逻辑。

我个人的习惯是，在画原理图时，一定把CAN_H和CAN_L这两根线走在一起，紧贴着走。这样共模干扰才能“公平”地加到两根线上，差分接收器才能完美抵消它。

2.2 CAN_H与CAN_L的电平逻辑

CAN总线上的电平不是简单的“高=1，低=0”。它分两种状态：

状态	逻辑值	CAN_H电压	CAN_L电压	差分电压 (Vdiff)
隐性 (Recessive)	1	2.5V	2.5V	≈ 0V
显性 (Dominant)	0	3.5V	1.5V	≈ 2.0V

这里有个关键点：显性位会“覆盖”隐性位。如果总线上同时有节点发显性（0）和隐性（1），最终总线呈现的是显性（0）。这就是CAN总线仲裁的物理基础——谁先发0，谁就赢。

2.3 终端电阻：为什么是120Ω？

终端电阻，是CAN总线里最容易被人忽略，但又极其重要的元件。它的作用有两个：

1. 消除信号反射：高速信号在传输线末端如果遇到阻抗突变，会产生反射，导致波形畸变。120Ω电阻匹配了CAN收发器的输出阻抗和双绞线的特性阻抗（约120Ω），让信号能量被吸收，而不是反射回来。
2. 提供隐性电平偏置：当所有节点都处于隐性状态时，CAN_H和CAN_L都是2.5V。这个2.5V的偏置电压，就是由终端电阻网络提供的。

为什么偏偏是120Ω？因为CAN总线使用的双绞线，其特性阻抗标准就是120Ω。你想想看，如果线缆是75Ω的同轴电缆，那终端电阻就得用75Ω。所以，120Ω不是拍脑袋定的，是跟线缆特性阻抗匹配的。

2.4 总线拓扑结构：直线型才是王道

CAN总线推荐使用 直线型（总线型）拓扑。所有节点都挂在一条主干线上，每个节点通过尽量短的支线（stub）连接到主干。

为什么不能随便接？

• 星型拓扑：中心节点一旦故障，全网瘫痪。而且信号在星型中心会产生严重的反射。
• 环形拓扑：CAN协议本身不支持环形，信号会绕圈，造成逻辑混乱。
• 树型拓扑：分支过多，阻抗不连续，反射严重，通信速率上不去。

我个人习惯，在设计CAN网络时，会严格遵守“主干一根线，支线尽量短”的原则。支线长度一般建议不超过0.3米。如果实在没办法，支线长了，就得降低通信速率来换取稳定性。

下面这张图，是我自己总结的CAN总线物理层知识结构，帮你理清思路：

2.5 实战中的几个关键参数

最后，我列一个我在项目里常用的参数速查表，方便你调试时参考：

参数	典型值	说明
总线空闲电压	2.5V	CAN_H 和 CAN_L 均为 2.5V
显性差分电压	1.5V ~ 3.0V	接收器通常以 0.9V 为阈值
终端电阻	120Ω (1%)	必须使用高精度电阻
最大支线长度	0.3m (1Mbps时)	速率越低，支线可以越长
共模电压范围	-2V ~ +7V	CAN收发器的承受范围