CN109672636A - 一种电阻匹配电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及CAN总线通信领域，公开了一种电阻匹配电路。所述电阻匹配电路与CAN收发器连接，所述CAN收发器包括第一差分信号输出端与第二差分信号输出端，所述电阻匹配电路包括：第一电阻网络，并联于所述第一差分信号输出端与所述第二差分信号输出端之间；控制器，与所述第一电阻网络连接；切换电路，并联于所述第一差分信号输出端与所述第二差分信号输出端之间，用于在所述控制器未选通所述第一电阻网络中对应的一个或多个电阻时，加载对应阻抗在所述第一差分信号输出端与所述第二差分信号输出端之间。本发明实现了在控制器异常或失效时，能够保证CAN总线终端电阻的匹配，提升了数据传输的可靠性。

Description

一种电阻匹配电路

技术领域

本发明涉及CAN总线通信领域，特别是涉及一种电阻匹配电路。

背景技术

CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)总线是一种串行通信、多主传输的现场总线。CAN总线结构上是一对差分线，一般表示符号为CAN_H和CAN_L，信号以两线之间的差分电压形式出现。通过CAN总线上可以传输二进制数据0和1，若是CAN总线传输数据0，则CAN总线上的差分电压接近于0，若是CAN总线传输数据1，则CAN总线上的差分电压大于最小阈值，其中，最小阈值为与CAN总线连接CAN收发器的参数值。

根据传输线理论，信号在传输线中传输，如果遇到不连续的传输介质，会发生发射现象。由于CAN收发器的阻抗都较高，构成CAN总线的一对差分线是彼此孤立的，导致当信号传输到CAN总线中的一条线的末端时，发生发射现象，反射波与信号叠加，使得信号发生畸变，从而导致CAN收发器接收到错误的数据。

发明人在实现本发明的过程中，发现相关技术存在以下问题：为解决上述通信错误的情况，通过在CAN总线的终端加载与传输线阻抗特性相近的阻抗消除反射现象。目前，最为优选的方式为增加一个电阻阵列，通过控制器逐步增加电阻阻值，根据控制器、CAN总线与CAN收发器的通信过程，确定最小阻值和最大阻值，由控制器选择在CAN总线的一对差分线之间接入最小阻值和最大阻值的平均值对应的电阻。但是，一旦控制器失效，将无法实现上述过程，甚至无法消除CAN总线的发射现象带来的通信错误。

发明内容

本发明实施例提供了一种可靠的电阻匹配电路，在控制器异常或失效时，能够保证CAN总线终端电阻的匹配。

为解决上述技术问题，本发明实施方式采用的一个技术方案是：提供一种电阻匹配电路，所述电阻匹配电路与CAN收发器连接，所述CAN收发器包括第一差分信号输出端与第二差分信号输出端，所述电阻匹配电路包括：

第一电阻网络，并联于所述第一差分信号输出端与所述第二差分信号输出端之间；

控制器，与所述第一电阻网络连接；

切换电路，与所述第一电阻网络连接且并联于所述第一差分信号输出端与所述第二差分信号输出端之间，用于在所述控制器未选通所述第一电阻网络中对应的一个或多个电阻时，加载对应阻抗在所述第一差分信号输出端与所述第二差分信号输出端之间。

可选地，所述切换电路包括触发电路与第二电阻网络，所述触发电路与所述第一电阻网络和所述第二电阻网络连接。

可选地，所述触发电路包括分压电路与触发开关，所述分压电路与所述第一电阻网络和所述触发开关连接，所述触发开关还与所述第二电阻网络连接。

可选地，所述触发开关为晶闸管，所述晶闸管的正极与所述第一差分信号输出端连接，所述晶闸管的负极与所述第二差分信号输出端连接，所述晶闸管的控制极与所述分压电路连接。

可选地，所述分压电路包括第一电阻和第二电阻；

所述第一电阻的一端与所述第一差分信号输出端和所述第一电阻网络的输入端连接，所述第一电阻的另一端与所述晶闸管的控制极和所述第二电阻的一端连接，所述第二电阻的另一端与所述第二差分信号输出端和所述第一电阻网络的输出端连接。

可选地，所述第二电阻网络包括第三电阻，所述第三电阻与所述晶闸管的负极连接，所述第三电阻与所述第二差分信号输出端连接，所述第三电阻为可调电阻。

可选地，所述第二电阻网络包括多个第一电阻开关单元，所述第一电阻开关单元包括第一开关和与所述第一开关对应连接的第四电阻，所述第一开关为按键开关。

可选地，所述第一电阻网络包括多个第二电阻开关单元并联，所述第二电阻开关单元包括第二开关和与所述开关对应连接的第五电阻。

可选地，所述第二开关为PMOS管。

可选地，所述电阻匹配电路还包括显示电路，与所述控制器连接，用于在所述控制器选通所述第一电阻网络中对应的一个或多个电阻时，显示接入所述第一差分信号输出端与所述第二差分信号输出端的电阻阻值。

本发明实施方式的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明实施例提供一种电阻匹配电路。通过并联于第一差分信号输出端与第二差分信号输出端之间的切换电路，在控制器未选通第一电阻网络中对应的一个或多个电阻时，加载对应阻抗在第一差分信号输出端与第二差分信号输出端之间。本发明实现了在控制器异常或失效时，能够保证CAN总线终端电阻的匹配，提升了数据传输的可靠性。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是本发明实施例提供的一种电阻匹配电路的结构示意图；

图2是本发明另一实施例提供的一种电阻匹配电路的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种电阻匹配电路的电路连接示意图；

图4是本发明又一实施例提供的一种电阻匹配电路的电路连接示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

需要说明的是，当一个元件被表述“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

请参阅图1，为本发明实施例提供的一种电阻匹配电路的结构示意图。如图1所示，所述电阻匹配电路100与CAN收发器200连接，所述CAN收发器200包括第一差分信号输出端与第二差分信号输出端，所述CAN收发器200与所述控制器20和CAN总线(即所述第一差分信号输出端与所述第二差分信号输出端之间)连接，用于接收所述控制器20的测试数据，CAN总线的测试结果，以及向所述控制器20发送测试结果，向CAN总线发送测试数据。所述电阻匹配电路100包括第一电阻网络10、控制器20以及切换电路30。

在一些实施例中，所述电阻匹配电路100还包括AD转换器，所述AD转换器与所述第一差分信号输出端与所述第二差分信号输出端连接，用于对CAN总线进行电压采样，获取所述第一差分信号输出端和所述第二差分信号输出端之间的电平幅值。

所述第一电阻网络10并联于所述第一差分信号输出端与所述第二差分信号输出端之间。

请一并参阅图3或图4，所述第一电阻网络10包括多个第二电阻开关单元101，所述多个第二电阻开关单元101并联连接。所述第二电阻开关单元101包括第二开关Q1和与所述开关Q1对应连接的第五电阻R5，所述第二开关Q1与所述第五电阻R5串联连接。在本实施例中，所述第二开关Q1为PMOS管，所述PMOS管与对应的所述第五电阻R5串联。可以理解，所述第二开关Q1还可以为继电器等电流或电压控制器件。

其中，多个第二电阻开关单元101中的所述第五电阻R5的阻值不一致，从第五电阻R5到第五电阻R5n的阻值按照阻值大小，呈等差关系依次递增，例如，阻值之间的关系可以是80欧姆、100欧姆、120欧姆、140欧姆、160欧姆等等。从第五电阻R5到第五电阻R5n的阻值按照阻值大小，呈倍数关系依次递增，例如，阻值之间的关系可以是3.9欧姆、3.9*2欧姆、3.9*4欧姆、3.9*8欧姆、3.9*16欧姆等等。

在本实施例中，在CAN总线未上电的时候，可以设置默认选择所述第一电阻网络10中处于中间的电阻，即在所述控制器20、所述CAN收发器200和所述CAN总线完成测试过程前，默认所述第一电阻网络10中处于中间的电阻对应的阻值为最优阻值。

在一些实施例中，所述多个第二电阻开关单元101串联连接，其中，所述第二开关Q1与所述第五电阻R5并联连接，即每一个所述第二开关Q1与所述第五电阻R5并联构成一个所述第二电阻开关单元101。

所述控制器20与所述第一电阻网络10连接。所述控制器20发送测试数据，所述测试数据用于测试CAN总线通信是否成功，根据测试结果计算需要接入CAN总线终端电阻的电阻阻值。

所述控制器20通过控制所述第二开关Q1的通断，可以将与所述第二开关Q1对应连接的所述第五电阻R5跨接在所述第一差分信号输出端与所述第二差分信号输出端之间，所述第五电阻R5的阻值即为接入CAN总线终端电阻的电阻阻值。具体的，可以通过所述控制器20输出的电平信号将需要导通的第二电阻开关单元101，根据所述控制器20输出的电平信号，导通所述第二开关Q1，由于所述第二开关Q1导通之后的压降很小，约等于0，则与所述第二开关Q1连接的所述第五电阻R5相当于跨接在CAN总线上，此时，所述第五电阻R5为匹配电阻。

具体的，所述控制器20将所述第一电阻网络10中阻值最小的电阻接入CAN总线的终端，并向所述CAN收发器200发送任意的测试数据，用于测试CAN总线通信是否成功，将所述测试数据转换为二进制的形式，并将其发送给所述CAN收发器200。所述CAN收发器200接收到该测试数据后，将其转换为CAN总线上的电压信号。例如，当CAN收发器200接收到的是二进制数据0，则输出接近于0的电压信号，当CAN收发器200接收到的是二进制数据1，则输出大于最小阈值(例如1V)的电压，其中，最小阈值由所述CAN收发器200本身的参数特性决定。

需要说明的是，所述控制器20发送至所述CAN收发器200需要指定经过所述CAN收发器200转换后的二进制形式的测试数据发送给CAN总线上的目的节点，该目的节点一般位于CAN总线上距离所述CAN收发器200最远的节点。若CAN总线上的该目的节点接收到所述测试数据，发送应答信号至所述CAN收发器200，则说明CAN总线通信成功。所述CAN收发器200将应答信号发送给所述控制器20，所述控制器20记录该接入的电阻值，重复前述过程，逐步增大接入CAN总线终端的电阻值，通过检测CAN总线是否通信成功，得到使得CAN总线通信成功的最小电阻值和最大电阻值，计算其平均值，所述控制器20选通所述第一电阻网络10中与所述平均值相近阻值对应的电阻，该电阻为CAN总线终端电阻自动匹配的结果。

所述切换电路30与所述第一电阻网络10连接且并联于所述第一差分信号输出端与所述第二差分信号输出端之间，用于在所述控制器20未选通所述第一电阻网络10中对应的一个或多个电阻时，加载对应阻抗在所述第一差分信号输出端与所述第二差分信号输出端之间。

请参阅图2，所述切换电路30包括触发电路301与第二电阻网络302，所述触发电路301与所述第一电阻网络10和所述第二电阻网络302连接。在本实施例中，所述第一电阻网络10与所述切换电路30之间设置切换开关(图未示)，当所述控制器20正常工作时，控制所述切换开关处于断开状态，此时，仅有所述第一电阻网络10连接于所述第一差分信号输出端与所述第二差分信号输出端之间，当所述控制器20异常或者失效时，控制所述切换开关处于闭合状态，此时，所述第一电阻网络10和所述第二电阻网络302均连接于所述第一差分信号输出端与所述第二差分信号输出端之间，但是，由于控制器20失效，所述第一电阻网络10不能发挥作用，匹配电阻从所述第二电阻网络302中选择。

所述触发电路301包括分压电路3011与触发开关3012，所述分压电路3011与所述第一电阻网络10和所述触发开关3012连接，所述触发开关3012还与所述第二电阻网络302连接。

所述分压电路3011包括第一电阻R1和第二电阻R2。其中，所述第一电阻R1的一端与所述第一差分信号输出端和所述第一电阻网络的输入端连接，所述第一电阻R1的另一端与所述晶闸管D的控制极和所述第二电阻R2的一端连接，所述第二电阻R2的另一端与所述第二差分信号输出端和所述第一电阻网络10的输出端连接。

所述触发开关3012为晶闸管，所述晶闸管D的正极与所述第一差分信号输出端连接，所述晶闸管D的负极与所述第二差分信号输出端连接，所述晶闸管D的控制极与所述分压电路3011连接。

如图3所示，所述第二电阻网络302包括第三电阻R3，所述第三电阻R3与所述晶闸管D的负极连接，所述第三电阻R3与所述第二差分信号输出端连接，所述第三电阻R3为可调电阻。

终端电阻的需求需要考虑CAN总线的传输线特性(例如长度、电阻率等)、CAN总线接入的节点数、各节点对应的输入电阻、CAN收发器的驱动能力、CAN总线上的限号传输速度等问题，故而，终端电阻在现场应用中是一个不确定的数值。根据现场的变化，人工计算需要接入CAN总线终端的电阻阻值，再根据CAN总线的通信成败，重复上述的过程，将所述第三电阻R3调整至当前最为匹配的电阻阻值。

如图4所示，所述第二电阻网络302包括多个第一电阻开关单元3021，所述多个第一电阻开关单元3021并联。所述第一电阻开关单元3021包括第一开关S1和与所述第一开关S1对应连接的第四电阻R4，所述第一开关S1和所述第四电阻R4串联连接，所述第一开关S1为按键开关。通过人为按下所述第一开关S1，即当所述第一开关S1闭合时，选通与所述第一开关S1连接的所述第四电阻R4，当所述第一开关S1断开时，未选通与所述第一开关S1连接的所述第四电阻R4。在一些实施例中，所述多个第一电阻开关单元3021串联，所述第一开关S1和与所述第四电阻R4并联连接。

综上，当所述控制器20异常或者失效时，所述第一电阻网络10中的一个或者多个电阻未能选通，不能通过控制器20、CAN收发器与CAN总线之间的通信自动匹配的电阻，但是，此时的CAN总线的传输线的发射现象还是存在，需要通过备用的支路为所述CAN总线选择合适的终端匹配电阻。具体的，CAN总线的正向电压差加载在所述晶闸管D的正极与所述晶闸管D的负极，即所述晶闸管D承受正向电压，所述分压电路3011对CAN总线的正向电压差进行分压，使得所述晶闸管D的控制极的电流大于其触发电流，此时，所述晶闸管D导通，与之相连的所述第二电阻网络302相当于直接跨接在所述第一差分信号输出端与所述第二差分信号输出端，通过调节所述第三电阻R3的阻值即可完成匹配过程，或者，按下所述第一开关S1，选通与所述第一开关S1对应连接的第四电阻R4，根据现场环境和变化情况，确定最优方案。

请再次参阅图2，所述电阻匹配电路100还包括显示电路40，与所述控制器20连接，用于在所述控制器20选通所述第一电阻网络10中对应的一个或多个电阻时，显示接入所述第一差分信号输出端与所述第二差分信号输出端的电阻阻值。

本发明实施例提供的电阻匹配电路通过并联于第一差分信号输出端与第二差分信号输出端之间的切换电路，在控制器未选通第一电阻网络中对应的一个或多个电阻时，加载对应阻抗在第一差分信号输出端与第二差分信号输出端之间。本发明实现了在控制器异常或失效时，能够保证CAN总线终端电阻的匹配，提升了数据传输的可靠性。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种电阻匹配电路，所述电阻匹配电路与CAN收发器连接，所述CAN收发器包括第一差分信号输出端与第二差分信号输出端，其特征在于，所述电阻匹配电路包括：

第一电阻网络，并联于所述第一差分信号输出端与所述第二差分信号输出端之间；

控制器，与所述第一电阻网络连接；

切换电路，与所述第一电阻网络连接且并联于所述第一差分信号输出端与所述第二差分信号输出端之间，用于在所述控制器未选通所述第一电阻网络中对应的一个或多个电阻时，加载对应阻抗在所述第一差分信号输出端与所述第二差分信号输出端之间。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述切换电路包括触发电路与第二电阻网络，所述触发电路与所述第一电阻网络和所述第二电阻网络连接。

3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述触发电路包括分压电路与触发开关，所述分压电路与所述第一电阻网络和所述触发开关连接，所述触发开关还与所述第二电阻网络连接。

4.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述触发开关为晶闸管，所述晶闸管的正极与所述第一差分信号输出端连接，所述晶闸管的负极与所述第二差分信号输出端连接，所述晶闸管的控制极与所述分压电路连接。

5.根据权利要求3或4所述的电路，其特征在于，所述分压电路包括第一电阻和第二电阻；

所述第一电阻的一端与所述第一差分信号输出端和所述第一电阻网络的输入端连接，所述第一电阻的另一端与所述晶闸管的控制极和所述第二电阻的一端连接，所述第二电阻的另一端与所述第二差分信号输出端和所述第一电阻网络的输出端连接。

6.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述第二电阻网络包括第三电阻，所述第三电阻与所述晶闸管的负极连接，所述第三电阻与所述第二差分信号输出端连接，所述第三电阻为可调电阻。

7.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述第二电阻网络包括多个第一电阻开关单元，所述第一电阻开关单元包括第一开关和与所述第一开关对应连接的第四电阻，所述第一开关为按键开关。

8.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述第一电阻网络包括多个第二电阻开关单元并联，所述第二电阻开关单元包括第二开关和与所述开关对应连接的第五电阻。

9.根据权利要求8所述的电路，其特征在于，所述第二开关为PMOS管。

10.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电阻匹配电路还包括显示电路，与所述控制器连接，用于在所述控制器选通所述第一电阻网络中对应的一个或多个电阻时，显示接入所述第一差分信号输出端与所述第二差分信号输出端的电阻阻值。