CAN总31453线为何要加终端电阻？

一、信号反射

在电路中，信号反射指的是信号在传输线或电路中遇到阻抗不匹配而部分信号被反射回去的现象。这种反射会导致信号失真和干扰，对电路性能和可靠性产生不利影响。

关于为何会发生反射，我们引用《信号完整性与电源完整性分析第三版》的分析：

“为什么信号遇到阻抗突变时会反射呢？答案是：反射信号的产生满足两个重要的边界条件。

在信号到达瞬时阻抗不同的两个区域（区域1、区域2）的交界面时，信号-返回路径中只存在一个电压和电流回路。在交界面处，无论是从区域1还是从区域2看过去，交界面两侧的电压和电流必须相等。交界面不可能出现电压不连续，否则会有无限大的电场；同样地，交界面处不可能出现电流不连续，否则会产生静电荷。

如果没有反射电压的产生，同时又要保持交界面两侧的电压和电流相等，就需要满足关系式V1=V2，I1=I2。然而，根据Ohm’s Law，有I1=V1/Z1，I2=V2/Z2。当两个区域的阻抗不同时，这四个关系式不可能同时成立。”

以上论述采用了反证法和数学推导，说明了瞬时阻抗突变时反射的必然性。然而，这种分析基于集总电路理论，对物理世界有一定拟人化的倾向。作者在段落结尾指出：“我们无法确切知晓反射电压的产生原因，只能确认反射电压的产生使得交界面两侧的电压相等，交界面处的电压连续。”深入研究后发现，如果采用电磁学理论来探究反射问题，将会有更为合理的解释，即为何电磁波在波导体内发生反射。但这又是另一个复杂的话题。

尽管《信号完整性与电源完整性分析第三版》中的分析方式不妨碍我们计算反射系数等反射规律，但该段落的结论是：在阻抗突变处会发生反射，因此为了避免这种情况，可以采取以下措施：

\1. 使用可控阻抗互联；

\2. 传输线两端至少一个端接匹配；

\3. 选择布线拓扑结构，尽量减小分支的影响；

\4. 最小化几何结构的任何突变。

二、阻抗匹配

所以在信号线上我们一般会加端接匹配电阻用来避免信号反射同时增强抗干扰能力，CAN总线也不例外。在CAN总线上我们常常端接120欧姆电阻用以阻抗匹配。

如果阻抗不匹配会发生什么？下面我们建立一个模型分析：

图1 传输线模型

如图1所示，信号源内阻120Ω，源端端接120Ω电阻，接收端开路因此反射系数为1。探针1为源端电压V1，探针2为接收端电压V2。我们假设传输延迟1ns，信号源电压幅值5V。

那么下面V1和V2随时间变化的理想曲线如图2：

图2 反射电压

可以看到，从第0秒开始，发射端给出一个5V的信号电压，经过1ns之后到达接收端，由于此时接收端处于全反射状态因此与源端信号叠加在1ns时刻V2变成10V，反射信号由于全反射并没有被消耗于是又经过1ns返回发射端使V1在2ns时刻变成10V。以上是在理想情况下的反射情况，实际电路中并不存在全反射，因此实际的反射曲线会是一个幅值逐渐减小的振铃形式的信号。例如图3：

图3 V2电压

综上所述，信号反射是电路中常见的问题，会对信号质量和电路性能产生不良影响。采取适当的阻抗匹配和降低反射的方法可以减少信号反射并提高电路的稳定性和可靠性。

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