can总线用什么线

控制器局域网（CAN）总线通常采用双绞线作为标准传输介质，其设计通过差分信号传输有效抑制电磁干扰。标准规范推荐使用特性阻抗为120欧姆的屏蔽或非屏蔽双绞线，线缆选择需综合考虑传输距离、数据速率及电磁兼容性（EMC）要求。在实际工业与汽车应用中，线缆的物理结构、屏蔽层配置及终端电阻匹配对系统通信的可靠性与稳定性具有决定性影响。

       在现代工业自动化与汽车电子系统中，控制器局域网（CAN）总线作为一种成熟可靠的现场总线技术，其物理层的实现——尤其是传输介质的选择——是整个通信网络稳定运行的基石。许多工程师在系统设计之初都会面临一个基础却至关重要的问题：CAN总线究竟应该使用什么线缆？这个问题的答案并非简单的“双绞线”三字所能概括，它涉及电气特性、环境适应性、成本控制以及标准符合性等多个维度的深度考量。本文将深入剖析CAN总线对线缆的核心要求，并结合官方规范与实际应用，为您提供一份从理论到实践的详尽指南。

       总线物理层的基础：差分信号传输原理

       理解CAN总线用线，必须从其物理层采用的差分信号传输机制说起。控制器局域网（CAN）协议设计之初，就是为了在电气噪声复杂的工业与汽车环境中实现可靠通信。其物理层定义了两条信号线：CAN_H（高电平线）和CAN_L（低电平线）。数据“0”（显性位）通过两条线上产生电压差（典型值为2伏特）来表示，而数据“1”（隐性位）则表现为两条线上电压接近相等。这种设计使得任何同时作用于两条线上的共模干扰（例如来自电机或电源线的电磁噪声）能够被接收端有效地抵消，从而极大提升了抗干扰能力。因此，所选用的线缆必须能够确保这对差分信号在传输过程中保持其完整性，这是选择一切线缆的物理基础。

       标准之选：特性阻抗为120欧姆的双绞线

       根据国际标准化组织（ISO）和国际电工委员会（IEC）发布的ISO 11898系列标准，控制器局域网（CAN）总线物理层的推荐介质是特性阻抗为120欧姆的双绞线。这个阻抗值并非随意设定，它是为了与总线两端所连接的120欧姆终端电阻相匹配，目的是消除信号在总线末端反射造成的失真，确保信号波形清晰。双绞结构本身，通过两条绝缘铜线以螺旋方式相互缠绕，能够有效减少线对本身对外辐射的电磁干扰，同时也能降低外部电磁场对线对的感应影响。这是满足差分信号传输需求的理想结构，也是绝大多数控制器局域网（CAN）网络的标准配置。

       屏蔽与非屏蔽之争：依据电磁环境抉择

       双绞线又分为非屏蔽双绞线（UTP）和屏蔽双绞线（STP）。非屏蔽双绞线成本较低，重量轻，布线方便，适用于电磁干扰相对温和的环境，例如一些室内工业控制柜内部的设备连接。而屏蔽双绞线则在绞合线对外部包裹了一层金属编织网或铝箔层，这层屏蔽层需要单点接地，能极为有效地抵御外部强电磁干扰，并减少总线对外部的辐射。在汽车发动机舱、靠近大功率变频器或焊接设备的工业现场等电磁环境恶劣的场合，使用带屏蔽层的双绞线往往是保证通信无误码的必要条件。选择的关键在于对安装环境的电磁兼容性（EMC）风险评估。

       线规与导体截面积：承载电流与传输损耗的平衡

       线规，即导线的直径或截面积，直接影响线路的直流电阻和信号衰减。控制器局域网（CAN）总线上的节点通常从总线取电（通过唤醒、偏置等电路），虽然电流不大，但过细的导线会导致过大的电压降，可能影响远端节点的正常工作。更重要的，导体的电阻会与分布电容共同作用，造成信号高频成分的衰减，限制通信距离和速率。常见的控制器局域网（CAN）总线线缆导体截面积在0.22平方毫米至0.75平方毫米之间（对应美标线规AWG 24至AWG 18）。长距离或高速率应用应选择更粗的线径以降低损耗。

       绝缘材料与护套：环境适应性的保障

       线缆的绝缘层和外部护套材料决定了其适用的物理环境。聚氯乙烯（PVC）是最常见的绝缘和护套材料，具有良好的通用性和成本优势。但在汽车领域，高温是常态，发动机舱附近温度可能超过125摄氏度，因此常需要使用耐高温的交联聚乙烯（XLPE）或聚四氟乙烯（PTFE）作为绝缘材料。在油污、化学品或潮湿环境下，则需要选择具有相应抗性的护套材料，如聚氨酯（PUR）。护套的颜色也有规范，控制器局域网（CAN）_H通常使用橙色或黄色线，控制器局域网（CAN）_L使用绿色或蓝色线，屏蔽层则多用铜编织网，外覆透明或黑色护套。

       传输距离与数据速率的制约关系

       控制器局域网（CAN）总线的通信距离与数据速率成反比，而线缆特性是这一关系中的关键变量。根据ISO 11898-2标准，在理想的120欧姆双绞线条件下，当波特率为1兆比特每秒时，最大可靠传输距离约为40米；当波特率降至125千比特每秒时，距离可延伸至500米以上。线缆的分布电容和串联电感是限制这一性能的主要因素。低电容的线缆能减少信号边沿的“圆滑”程度，允许更高的速率或更远的距离。因此，在规划长距离网络时，除了降低波特率，选择单位长度分布电容小的专用控制器局域网（CAN）总线电缆至关重要。

       终端电阻：与线缆阻抗的精确匹配

       无论选用何种线缆，控制器局域网（CAN）总线网络必须在物理总线的两个最远端各接入一个120欧姆的电阻，这是总线可靠工作的硬性要求。终端电阻的作用是与电缆的特性阻抗匹配，吸收信号能量，防止反射。如果实际使用的电缆特性阻抗偏离120欧姆（例如某些非标电缆），理论上终端电阻值也应相应调整以达到最佳匹配。在实际工程中，通常仍使用120欧姆电阻，但强调必须使用符合标准的120欧姆电缆。使用阻抗不匹配的电缆会导致信号过冲或振铃，增加误码风险，尤其在高速通信时。

       汽车行业的特殊要求：从标准到定制

       汽车是控制器局域网（CAN）总线应用最广泛的领域，其对线缆的要求极为严苛。除了前述的高温、油污要求，汽车线束还需要考虑机械强度、耐振动、耐磨损以及阻燃性。因此，汽车级控制器局域网（CAN）总线电缆通常是多芯线束的一部分，拥有专门的规格标准，如德国汽车工业联合会（VW）的系列标准。这些线缆通常采用薄壁绝缘以减少重量和体积，并带有精确的颜色编码。汽车制造商通常会指定经过严格认证的线缆供应商和型号，工程师不可随意用普通工业电缆替代。

       工业现场的应用变体：灵活性与可靠性并重

       在工业自动化现场，控制器局域网（CAN）总线布线环境多样。除了使用标准的圆形双绞线电缆，为了便于在控制柜内安装和节省空间，也常使用带状（排线）电缆或直接集成在导轨上的总线端子系统。在需要极高抗干扰能力的场合，例如电厂或变电站，可能会采用双层屏蔽甚至铠装的控制电缆。此外，工业中还存在基于控制器局域网（CAN）的应用层协议，如控制器局域网（CAN）open，它们对物理层介质的要求与基础控制器局域网（CAN）总线一致，但在网络拓扑和接线规则上可能有更具体的建议。

       错误线缆选择的后果：从信号失真到通信中断

       错误地选择线缆会带来一系列问题。使用非双绞的平行线，抗共模干扰能力将极大削弱，总线在噪声环境下会频繁出错。使用阻抗严重不匹配的电缆（如普通网线约100欧姆，或音频线），会导致信号反射，波形畸变，有效通信距离大幅缩短。屏蔽层接地不当（如两端接地形成地环路）可能引入更大的干扰。线径过细则导致信号衰减严重，总线负载增加。这些问题初期可能表现为偶发的错误帧，后期则可能导致节点掉线或整个网络瘫痪，且故障排查极为困难。

       专用控制器局域网（CAN）总线电缆与替代品的辨析

       市场上有专为控制器局域网（CAN）总线设计的电缆，其特性阻抗、线对绞距、绝缘材料都经过优化。与之相对，一些工程师会考虑使用常见的五类或超五类以太网双绞线（UTP）作为替代。这类网线的特性阻抗为100欧姆，与控制器局域网（CAN）要求的120欧姆存在偏差，且通常为多对线（4对），分布电容较大。在短距离、低速率、干扰不强的实验或临时应用中，或许可以工作，但在正式的工业或汽车产品中，强烈不建议这样做。专用电缆是保证系统长期可靠性和符合电磁兼容性（EMC）法规的基石。

       布线实践的黄金法则：远离干扰源与电源线

       选择了正确的电缆，还需要正确的布线方式。控制器局域网（CAN）总线电缆应尽可能远离强干扰源，如变频器输出线、交流电源线、大功率无线电设备。如果必须与电源线平行走线，应保持至少30厘米的距离，或垂直交叉。电缆的屏蔽层应在网络的一端（通常是在主控制器或电源端）可靠接地，接地电阻要小，避免形成“猪尾巴”式长引线。线缆应固定好，避免悬空晃动，在可能遭受机械损伤的区域应使用线槽或套管进行保护。

       未来趋势：高速控制器局域网（CAN）与柔性需求

       随着控制器局域网（CAN） FD（灵活数据速率）协议的普及，其最高速率可达5兆比特每秒甚至更高，这对物理层介质提出了更苛刻的要求。控制器局域网（CAN） FD网络需要使用更高性能的电缆，其特性阻抗容差、衰减系数和延迟 skew（线对间传输延时差）都有更严格的规定。同时，在新能源汽车和高级驾驶辅助系统（ADAS）中，对线缆的轻量化、高柔性（用于机器人布线）和抗电磁脉冲能力也提出了新要求。这推动了新型复合材料屏蔽层和更高性能绝缘材料的应用。

       选型决策流程图：从需求到型号的步骤

       为帮助工程师系统化决策，可遵循以下步骤：首先，确定网络的最大数据速率和最长距离，参考标准图表初步判断可行性。其次，评估安装环境的温度范围、是否存在油污化学品、机械应力及电磁干扰等级。第三，根据前两步决定是否需要屏蔽、所需的耐温等级和护套材质。第四，根据距离和速率，结合供应商提供的电缆参数（如单位长度电容和衰减），选择合适的线规。最后，在符合预算的前提下，优先选择信誉良好的品牌，并索取符合ISO 11898相关部分的技术证明文件。

       常见误区澄清：关于线缆的几个“想当然”

       实践中存在一些常见误区。其一，认为“线越粗越好”。过粗的线缆虽然直流电阻小，但可能更硬，布线不便，且单位长度分布电容可能更大，反而不利于高速信号。其二，认为“只要有屏蔽就万事大吉”，忽略了屏蔽层正确接地的重要性。其三，在长距离网络中忽略终端电阻的精度，使用误差范围过大的电阻（如5%），应使用1%精度的金属膜电阻。其四，使用非连续双绞的“对绞线”，其抗干扰效果会大打折扣。

       维护与故障排查中的线缆检查要点

       当控制器局域网（CAN）网络出现通信故障时，线缆是首要的怀疑对象之一。检查应包括：物理检查，查看是否有挤压、割伤、磨损或连接器针脚弯曲；连续性测试，使用万用表测量控制器局域网（CAN）_H与控制器局域网（CAN）_L之间、各对地之间的电阻，排除短路或断路；终端电阻测量，在断电情况下，测量总线两端的电阻值，理论上应为60欧姆（两个120欧姆并联）；如有条件，可使用示波器观察总线波形，检查信号幅值、上升下降沿是否正常，有无明显的反射或振荡。

       总结：线缆是控制器局域网（CAN）总线网络的“血管”

       总而言之，控制器局域网（CAN）总线用什么线，绝非一个可以轻率回答的问题。它本质上是系统电磁兼容性（EMC）设计、信号完整性工程和环境适应性设计的交汇点。标准的120欧姆双绞线是物理层的核心规范，但围绕屏蔽、线规、材质、护套的选择，需要工程师基于具体的应用场景做出精准判断。将线缆视为整个控制器局域网（CAN）总线网络的“血管”，选择优质、合适的“血管”，并遵循正确的“敷设”与“维护”准则，是确保信息“血液”畅通无阻、系统长期稳定运行的根本保障。在成本与可靠性之间寻求最佳平衡，正是工程智慧的体现。