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KVASER CANプロトコルとは？（CANプロトコルチュートリアル）
- 2022.02.22
PART 4：CAN物理層
CAN bus
CAN busは、bit-stuffingを使用したNon-Return To Zero(NRZ)を使用しています。ドミナント(論理的に0)とレセッシブ(論理的に1)がある2つの異なるシグナル状態があります。これらは、使用される物理層（いくつかあります）に依存する特定の電気レベルに対応しています。モジュールは、有線でバスに接続されています。1つのノードがバスをドミナント状態に駆動している場合、リセッシブ状態を送信するノードの数に関係なくバス全体がその状態になります。
異なる物理層
物理層は、バス上の電気レベルと信号方式、ケーブルインピーダンスおよび類似の情報を定義します。
いくつかの異なる物理層があります：
- 最も一般的なタイプは、CAN規格、part ISO 11898-2、および2線式平衡型信号方式で定義されたタイプです。これは、"high-speed CAN"とも呼ばれます。
- 同じISO規格の別のパートであるISO 11898-3は、低スピードバスのための別の2線式平衡信号方式を定義します。これはフォールトトレラントなので1本のバスラインが切断、グランドまたはVbatに短絡しても信号が継続できます。これは、"low-speed CAN"と呼ばれます。
- J2411は、シングルワイヤ(勿論、接地を含む)物理層を定義します。例えば、主に自動車で使用されているGM-LANがあります。
- いくつかの独自（proprietary）の物理層が存在します。
- RS485の改造は、CANドライバが存在しない古い時代に使用されていました。
- メッセージの詳細に興味のある方は、Page 6のオシロスコープの写真をいくつかご覧ください。
異なる物理層は、原則として相互運用ができません。いくつかの組み合わせは、優れた条件の下で動作するかもしれませんし、動作するように見える場合があります。例えば、同じバス上で"low-speed"および"low-speed"の両方のトランシーバを使用すると、うまく動作することがあります。
非常に多くのCANトランシーバチップは、NXPによって製造されています。代替ベンダとしては、Bosch, Infineon, Texas Instruments ,Vishay Siliconixが含まれます。
非常に一般的なタイプは、ISO 11898で定義された物理層を実装する82C250トランシーバです。82C251は、改良版です。
"low-speed CAN"の一般的なトランシーバは、NXPのTJA1054があります。
最大Busスピード
規格に従ってCAN busの最大Busスピードは、1 Mbit/sです。一部のCANコントローラは、1Mbit/sよりも高速に対応し、特別なアプリケーションのために考慮されています。
Low-speed CAN(ISO 11898-3、上記参照)は、最大125 kbit/sが可能です。
シングルワイヤCANは、標準モードで最大約50 kbit/s、ECUプログラミングなどに使用される特別な高速モードを使用すると最大約100 kbit/sになります。
最小Busスピード
バストランシーバの中には、特定のビットレート以下にはできないものがあることに注意してください。例えば、82C250や82C251を使用しても問題なく10kbit/sまで下げることができますが、代わりにTJA1050を使用した場合は50kbit/sを下回ることができません。データシートを確認してください。
最大ケーブル長
1Mbit/sのスピードで最大で約40mのケーブル長を使用することができます。これは、調停スキームでは、ビットがサンプリングされる前に信号の波面（wave front of the signal）が最も離れたノードまで伝搬し再び戻ってくる必要があるためです。言い換えれば、ケーブル長は光速によって制限されます。
その他の最大ケーブル長は次のとおりです(これらの値は近似値です)：
- 500 kbit/s：(330 ft)100 m
- 250 kbit/s：(650 ft)200 m
- 125 kbit/s：(1600 ft)500 m
- 110 kbit/s: (20000 ft)6 km
ガルバニ絶縁を提供するためにオプトカプラを使用する場合は、それに応じて最大バス長が減少します。ヒント：高速のオプトカプラを使用し、指定された最大ビットレートではなく、デバイスを介した遅延を見てください。
Busターミネーション（終端）
ISO 11898 CAN busは、ターミネーションする必要があります。これは、バスのそれぞれの端に120Ωの抵抗を使用して終端します。このターミネーションは、次の2つの目的があります：
- バスの終端での信号の反射を除去
- バスが正しいDCレベルであることを保証
ISO 11898 CAN busは、スピードに関係なく常にターミネーションする必要があります。繰り返しになりますがISO 11898 CAN busは、そのスピードに関係なく常にターミネーションする必要があります。実験室の作業レベルでは、ターミネータが1つあれば十分であるかもしれません。ターミネータを接続しなくてもCAN busが動作する場合は、運が良いだけです。
"low-speed CAN"、シングルワイヤCAN、その他の物理層は、ターミネータを必要とする場合としない場合があります。しかし、vanilla high-speed ISO 11898 CAN busは、常に少なくとも1つのターミネータを必要とします。
詳細については、CAN busターミネーションをご覧ください：
Kvaserの高度なCANソリューション - レセッシブビット伝送を確実に実行するために必要な終端処理(ターミネーション)
ケーブル
ISO 11898では、ケーブルのインピーダンスは公称120Ωと規定されていますが、[108～132]Ω間のインピーダンスが許可されています。今日の市場において、この要件を満たすケーブルは多くはありませんが存在します。将来的には、許容インピーダンス間隔が拡大される可能性が高くなります。
ISO 11898 は、シールド付きまたはシールドなしのツイストペアケーブルについて定義されています。シングルワイヤ規格SAE J2411の作業が進行中です。
CANコネクタ
CAN busコネクタの規格は、特に定められていません! 通常、各上位層プロトコル(!)では、1つまたはいくつかのCAN busコネクタのタイプを定義しています。一般的なタイプとしては下記のがあります：
- 9-pin DSUB、CiAが提案。
- 5-pin Mini-Cおよび/または Micro-C、DeviceNetおよびSDSで使用されています。
- 6-pin Deutchコネクタ、モバイル油圧機器用にCANHUGにより提案されたもの。Page 7では、いくつかの異なるコネクタレイアウトを表示します。