まとめ：
CAN バス アプリケーションでは、ネットワークや配線にシールド付きツイストペア線を使用することが一般的に推奨されていますが、この記事では、CAN バスがツイストペア線レイアウトを採用する理由について詳しく説明します。
CAN (Controller Area Network) は、リアルタイム アプリケーション用のシリアル通信プロトコル バスで、ツイストペア線を使用して信号を送信でき、世界で最も広く使用されているフィールド バスの 1 つです。CAN プロトコルは、車内のさまざまなコンポーネント間の通信に使用され、高価でかさばる配線ハーネスを置き換えます。
CAN バス アプリケーションでは、ネットワークや配線にシールド付きツイストペア線を使用することが一般的に推奨されていますが、この記事では、CAN バスがツイストペア線レイアウトを採用する理由について詳しく説明します。
1. ツイストペアの概要
ツイストペアとは、特定の仕様に従って相互に絶縁された 2 本のワイヤをより合わせて構成される一般的な配線を指します。ツイストペアの主な機能は、外部の電磁干渉を防止し、それ自身の信号の外部干渉を軽減することです。(つまり、他の人があなたに干渉するのを防ぐだけでなく、あなた自身が他の人に干渉することも減らすことができます。)
相互に絶縁された一対の金属線を撚り合わせると、外界からの電磁波干渉の一部に抵抗できるだけでなく、複数対の撚り線間の相互干渉も低減できます。原理は、2 本の絶縁されたワイヤを一緒に撚り、干渉信号が作用することです。 2本のツイスト線上の位相差は一致しており（この干渉信号をコモンモード信号と呼びます）、受信信号の差動回路でコモンモード信号を除去することで、有用な信号（差動信号）モードの信号を抽出することができます。
ツイストペアの役割は、外部からの干渉によって2本の線に発生するノイズ（専門分野では、無駄な信号をノイズと呼びます）を同じにし、後続の差動回路で有用な信号を取り出せるようにすることです。 2つの入力端子の同相信号(コモンモード信号)は互いに打ち消し合い(mn)、逆相信号はx-(-y)に等価となり強調されます。理論的には、ツイストペア回路および差動回路における m=n および x=y は、干渉信号が完全に除去され、有用な信号が 2 倍になることを意味しますが、実際の動作では一定の違いがあります。
ケーブル外被内では、各素線ペアの撚り長さが異なりますが、一般に撚り長さは38.1mm～140mm以内で反時計回りに撚り、隣接する素線ペアの撚り長さは12.7mm以内となります。ツイストペアの撚り周期の長さをピッチといい、ピッチが小さい（撚り線の密度が高い）ほど耐干渉性が高くなります。
2. 一般的なツイストペアとその利点
ツイストペア線は、カテゴリー3、カテゴリー5、スーパーカテゴリー5に加え、最新のカテゴリー6でもよく使われており、前者は線径が細く、後者は線径が太く、以下のようなモデルがあります。
1)クラス I 回線:データ伝送とは異なり、主に音声伝送に使用されます (クラス I 規格は 1980 年代初頭までは主に電話ケーブルに使用されていました)。
2)クラス II 回線:伝送周波数は 1MHZ、最大伝送速度 4Mbps の音声伝送とデータ伝送に使用されます。これは、4MBPS 標準トークン パッシング プロトコルを使用する古いトークン ネットワークで一般的です。
3)カテゴリ 3 回線:現在 ANSI および EIA/TIA568 規格で規定されているケーブルを指し、このケーブルの伝送周波数は 16MHz で、主に 10BASE-T での音声伝送や最大伝送速度のデータ伝送に使用されます。 10Mbpsの。
4)カテゴリ 4 回線:伝送周波数は 20MHz で、最大伝送速度 16Mbps の音声伝送とデータ伝送に使用されるケーブルで、主にトークンベース LAN や 10BASE-T/100BASE- に使用されます。 T.
5)カテゴリ5ライン：巻線密度を高め、高品質な絶縁材を使用し、伝送速度100MHzを実現したケーブルで、最大伝送速度10Mbpsの音声伝送やデータ伝送に使用され、主に使用されています。 100BASE-T および 10BASE-T ネットワーク用。これは最も一般的に使用されるイーサネット ケーブルです。
6)カテゴリ 5e ライン:カテゴリ 5e は、減衰が小さく、クロストークが少なく、減衰対クロストーク比 (ACR) と信号対雑音比 (構造的リターンロス) が高く、遅延誤差が小さく、パフォーマンスが大幅に向上します。カテゴリ 5e ケーブルは、主にギガビット イーサネット (1000Mbps) に使用されます。
7)カテゴリ 6 回線:このタイプのケーブルの伝送周波数は 1MHz ～ 250MHz であり、200MHz におけるカテゴリ 6 配線システムの総合減衰クロストーク比 (PS-ACR) は、2 倍の大きなマージンを持つ必要があります。スーパーカテゴリー5の帯域幅。カテゴリ 6 配線の伝送性能はカテゴリ 5e 規格よりもはるかに高く、1Gbps を超える伝送速度のアプリケーションに最適です。カテゴリ 6 とカテゴリ 5e の重要な違いは、クロストークとリターン ロスの点でパフォーマンスが向上していることです。新世代の全二重高速ネットワーク アプリケーションにとって、優れたリターン ロス性能は非常に重要です。6種類の規格では基本リンクモデルを廃止し、配線規格はスタートポロジーを採用しており、必要配線距離はパーマネントリンク長90m以内、チャネル長100m以内となっています。
現在、ツイストペア ケーブルは、シールドなしツイストペア ケーブル (UTP=UNSHILDED TWISTED PAIR) とシールド付きツイストペア ケーブル (STP=SHIELDED TWISTEDPAIR) に分類できます。シールド付きツイストペアケーブルの外層は、放射を低減するためにアルミニウムプラチナで包まれていますが、完全に放射を除去することはできません。シールド付きツイストペアケーブルの価格は比較的高く、シールドなしのケーブルに比べて設置が困難です。ツイストペアケーブル。
3. CANとツイストペアの組み合わせ
コントローラ エリア ネットワーク バス (CAN、コントローラ エリア ネットワーク) は、リアルタイム アプリケーション用のシリアル通信プロトコル バスであり、世界で最も広く使用されているフィールド バスの 1 つです。CAN プロトコルは、高価で扱いにくい配線ハーネスを置き換えるために、車内のさまざまなコンポーネント間の通信に使用されており、CAN バス自体には、強力な干渉防止機能、エラー訂正および再送信メカニズムが備わっています。
CAN が新エネルギー車に適用される場合、厳しい電磁気環境で動作する必要があるため、干渉にどう対処するかがエンジニアの最も関心のあるテーマです。
CAN バスがツイストペア線を使用すると、これらの干渉問題は非常にうまく解決され、CAN インターフェイスは差動信号伝送方式を採用します。差動信号方式は、2 つの相補的な電気信号を使用して情報を転送する方法です。高速 CAN を例にとると、異なる論理状態が CANH 信号線と CANL 信号線を介して送信され、受信回路は 2 つの信号線間の信号の違いのみを認識します。理想的には、CAN バスの波形は次の図に示されます。
干渉信号は一般にコモンモードの形で存在し、図 2 に示すように、バスが妨害されると 2 つのバスは同時に影響を受けますが、それらの差動電圧には影響しません。シングルエンド信号伝送モードと比較して、差動信号伝送モードはより優れた耐干渉能力を備えています。
もちろん、差動伝送方式を使っているからといって、のんびりしているわけにはいきません。CAN バスは長距離通信によく使用されますが、ケーブルの長さが長くなると、さまざまな干渉がケーブルを介してバスに結合され、バス通信における外部干渉の可能性が大幅に増加します。誤って使用すると、通信異常が発生する可能性が非常に高くなります。CAN バス アプリケーションの場合は、通常、ツイストペア線を使用することをお勧めします。
4. 特別な「ツイストペア」CAN
2線式CANの他に単線式CAN(Single Wire CAN)もあり、単線式CANでは伝送線を1本減らすことができますが、ノード間の良好な共通グランド特性(2番目の信号線に相当)が必要です。 。単線 CAN の信号耐干渉能力は比較的弱いため、設計上、信号対雑音比を高めるために信号振幅を大きくする必要があり、これにより信号自身の放射能力が向上します。電磁適合性の要件を満たすためには、低減する必要があります。要約すると、単線 CAN は、低速車体電子ユニット、快適性およびエンターテイメント制御分野でのアプリケーションにのみ適しています。低速 CAN バスは信号速度が遅いため、1 つの信号線に障害が発生しても単線モードで動作します。
出典| 電子制御ナレッジポーター