안정적인 CAN 버스 배선은 토폴로지, 스텁 길이 및 종단 배치라는 세 가지 엄격한 제약 조건에 의해 관리되는 물리 계층 규격입니다.
주요 내용
- CAN은 선형(데이지 체인) 버스만 사용합니다. 모든 노드는 직렬로 단일 트렁크에 연결되며, 스타, 트리 또는 링 레이아웃은 분기 반사가 비트 샘플링을 손상시키기 때문에 금지됩니다.
- 1 Mbit/s에서 개별 스텁 길이는 0.3 m 미만으로 유지해야 하며 총 버스 길이는 약 40 m 미만이어야 합니다. 비트 전송 속도가 낮아지면 두 한계 모두 완화됩니다.
- ISO 11898-2는 버스의 각 물리적 끝에 120 Ω 종단 저항기를 요구합니다. 총 두 개의 종단 저항기가 필요하며, 하나 또는 세 개는 안 됩니다.
- 전원이 꺼진 상태에서 CAN_H와 CAN_L 간의 저항을 측정했을 때 약 60 Ω이면 올바른 이중 종단이 확인된 것이며, 약 120 Ω은 종단 저항기 누락을, 약 40 Ω은 추가 종단 저항기가 있음을 나타냅니다.
- SAE J1939 및 CANopen용 맞춤형 CAN 하네스는 커넥터 분기점에서 스텁 길이를 제어하여 500 kbit/s 이상에서 신호 무결성을 유지하기에 충분히 짧게 유지합니다.
엔지니어링 경험 법칙: 트렁크의 두 가장 먼 끝에 정확히 두 개의 120 Ω 종단 저항기를 배치하고, 1 Mbit/s에서 모든 스텁을 0.3 m 미만으로 유지하며, 분기하지 않고 트렁크를 확장하여 노드에 도달하도록 합니다.
CAN이 선형 데이지 체인 토폴로지만 허용하는 이유
CAN은 ISO 11898-2에 의해 단일 선형 트렁크로 정의된 멀티 드롭 차동 버스입니다. 각 노드는 자체 분기를 통하는 것이 아니라 짧은 스텁 또는 드롭을 통해 해당 트렁크에 연결됩니다. 버스는 모든 트랜시버가 비파괴 중재 중에도 케이블 전체 길이에 걸쳐 도미넌트 및 리세시브 상태가 안정화되어야 하는 단일 비트 시간 내에 깨끗한 차동 파형을 볼 수 있도록 합니다.
스타, 트리 및 링 토폴로지는 이를 방해합니다. 각 접합부는 임피던스 불연속성을 발생시켜 트렁크를 따라 반사를 방출하며, 이러한 반사는 오버슈트, 링잉 또는 잘못된 에지로 샘플링 지점에 도달합니다. 따라서 생산 CAN 세그먼트는 각 노드 커넥터로의 짧고 제어된 분기점을 가진 단일 맞춤형 와이어 하네스 트렁크로 구축되며, 방사형 스포크가 있는 허브로는 구축되지 않습니다. 스타 구성이 불가피한 경우, 각 세그먼트를 다시 종단하기 위해 액티브 CAN 리피터 또는 허브가 필요합니다.
스텁 길이 제한 및 비트 전송 속도
스텁(stub)은 트렁크와 노드 사이의 종단되지 않은 케이블 길이를 의미합니다. 케이블의 공칭 120 Ω 임피던스가 열린 스텁 끝에서 끊어지기 때문에, 스텁은 전송선 불연속부처럼 작동합니다. 신호의 일부가 반사되어 트렁크로 되돌아가고 라이브 파형에 중첩됩니다. 스텁을 따라 왕복하는 지연 시간이 신호 상승 시간의 의미 있는 부분에 근접하면, 해당 반사가 샘플링 창 내부에 도달하여 비트를 손상시킵니다.
비트 전송 속도가 빠를수록 비트 시간은 짧아지고, 허용 가능한 스텁 길이도 짧아집니다. 1 Mbit/s에서는 일반적인 한계가 스텁당 약 0.3 m이며, 전체 버스에 걸친 누적 스텁 길이도 제한됩니다. 120 Ω 목표값과 100 Ω 이더넷 케이블과의 차이점에 대한 이유는 CAN 버스 케이블의 특성 임피던스에 대한 가이드에서 다룹니다. 아래 표는 일반적인 비트 전송 속도에 대한 ISO 11898-2 / CiA 준수 지침을 요약합니다.
| 비트 전송 속도 | 최대 버스 길이 (일반) | 개별 최대 스텁 | 누적 최대 스텁 |
|---|---|---|---|
| 1 Mbit/s | 40 m | 0.3 m | ~0.6 m |
| 500 kbit/s | 100 m | 0.6 m | ~1.5 m |
| 250 kbit/s | 250 m | 1.0 m | ~3 m |
| 125 kbit/s | 500 m | 1.5 m | ~6 m |
| 50 kbit/s | 1,000 m | 3 m | ~12 m |
버스 길이 수치는 전파 지연에 의해 제한되며 잘 확립되어 있습니다. 낮은 속도의 스텁 허용치는 고정된 표준 값이 아닌 업계 일반적인 스케일링이므로, EMC에 민감한 빌드에서는 이를 설계 상한선으로 간주하고 충분히 여유를 두시기 바랍니다.
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종단 저항 배치 — 120 Ω 저항 두 개, 그 이상은 금지
ISO 11898-2는 신호 반사를 흡수하여 종단하기 위해 트렁크의 각 물리적 끝단에 120 Ω 종단 저항을 의무화합니다. 병렬로 연결된 두 개의 120 Ω 저항은 버스에 60 Ω의 임피던스를 제공합니다. 이것이 전원이 꺼진 상태에서 올바르게 종단된 세그먼트가 CAN_H와 CAN_L 간에 약 60 Ω을 읽는 이유입니다. 120 Ω에 가까운 값은 종단 저항 하나가 누락되었음을 의미하며, 40 Ω에 가까운 값은 버스의 어딘가에 세 번째 저항이 추가되었음을 의미합니다.
두 가지 방식이 일반적입니다. 표준 종단 방식은 각 끝에 단일 120 Ω 저항을 배치합니다. 분할 종단 방식은 각 종단기를 직렬로 연결된 두 개의 60 Ω 저항으로 나누고, 중간 지점에서 접지로 연결되는 커패시터(일반적으로 4.7 nF)를 사용하여 공통 모드 노이즈를 션트하고 긴 산업용 라인에서 방사되는 방출을 줄입니다.
| 종단 방식 | 구성 | 사용 시기 | 공통 모드 동작 |
|---|---|---|---|
| 표준 | 버스 양 끝에 120 Ω 저항 1개 | 자동차 및 짧은 산업용 라인 | 공통 모드 필터링 없음 |
| 분할 | 각 끝에 직렬로 연결된 60 Ω 저항 2개, 중간 지점에서 접지로 4.7 nF | 긴 라인 및 EMC 민감 노드 | 공통 모드 노이즈 필터링, 방출 감소 |
실제 CAN 배선: 자동차, 중장비 및 산업용
경량 차량에서는 구동계 및 OBD-II 진단 네트워크가 트위스트 페어 케이블을 통해 500 kbit/s로 CAN을 실행하며, 전체 ECU 네트워크는 종단기가 두 개의 끝 모듈에 통합된 데이지 체인 방식의 자동차 와이어 하네스로 구축됩니다. SAE J1939는 중장비 및 상용차 네트워크를 관리하며, 역사적으로 250 kbit/s, J1939-14 하에서는 500 kbit/s로 작동합니다.
오프로드 및 농업 장비는 밀봉 요구 사항을 추가하므로 J1939 백본은 일반적으로 진동 및 침투에 대한 등급이 지정된 Deutsch DT 및 DTM 커넥터로 종단됩니다. 밀봉된 Deutsch 와이어 하네스는 트렁크를 연속적으로 유지하면서 각 컨트롤러로 짧은 스텁을 분기합니다.
공장에서는 CANopen(CiA 301 기준) 및 DeviceNet이 CiA 303 핀 할당에 따라 M12 5핀 또는 DB9 커넥터를 통해 동일한 물리 계층을 사용하며, 종종 연속 플렉스 드래그 체인 케이블로 구성됩니다. 드래그 체인 등급의 산업용 와이어 하네스는 플렉싱 구간에서 스텁 규율을 유지해야 하며, 이 구간에서는 길거나 움직이는 드롭이 정적 설치보다 신호 무결성을 더 빠르게 저하시킬 수 있습니다.
CAN 버스 배선에 대한 일반적인 질문
500 kbit/s에서 CAN의 최대 스텁 길이는 얼마입니까?
500 kbit/s에서는 각 미종단 스텁을 대략 0.6m 미만으로, 누적 스텁 길이를 약 1.5m 미만으로 유지하십시오. 이는 비트 시간 및 신호 상승 시간을 기반으로 도출된 설계 상한선이며 엄격한 표준 제한이 아니므로, 노이즈가 많거나 긴 버스에서는 더 짧은 것이 항상 더 안전합니다.
CAN 종단 저항을 버스 중간에 설치할 수 있습니까?
아니요. 두 개의 120 Ω 종단 저항은 중간이 아닌 트렁크의 두 물리적 끝에 위치해야 합니다. 버스 중간 종단은 케이블을 두 개의 미종단 세그먼트로 분할하여 개방된 끝에서 신호가 반사되도록 하며, 버스 임피던스를 정합 값 이하로 떨어뜨리는 세 번째 저항을 병렬로 추가합니다.
CAN 버스에 종단 저항이 세 개 있으면 어떻게 됩니까?
병렬로 연결된 세 개의 120 Ω 저항은 유효 버스 임피던스를 약 40 Ω로 낮추어 트랜시버에 과부하를 주고 차동 전압 스윙을 약화시킵니다. 비트 전송 속도가 낮을 때는 버스가 작동할 수 있지만, 속도나 온도가 증가함에 따라 오류 수가 증가하는 것을 볼 수 있습니다.
CAN은 스타 또는 분기 토폴로지를 지원합니까?
CAN은 선형 데이지 체인 토폴로지만을 위해 사양화되어 있으며, 네이티브 스타 및 링 레이아웃은 허용되지 않습니다. 스타 구성은 각 레그를 독립적인 종단 세그먼트로 재종단하고 재구동하는 액티브 CAN 허브 또는 리피터를 통해서만 가능합니다.
제어된 스텁 길이를 가진 맞춤형 CAN 하네스를 어떻게 조달합니까?
맞춤형 CAN 하네스는 커넥터 브레이크아웃에서 스텁 길이를 제어하고 두 개의 120 Ω 종단 저항을 엔드 노드 또는 엔드 커넥터에 통합합니다. 비트 전송 속도, 총 버스 길이, 노드 수 및 간격, 커넥터 패밀리(Deutsch, M12 또는 DB9) 및 분할 종단이 필요한지 여부를 지정하면 생산 전에 스텁 및 길이 예산에 대해 빌드를 검증할 수 있습니다.
CAN의 신뢰성은 펌웨어가 아닌 하네스에서 결정됩니다. 단일 선형 트렁크, 비트 전송 속도 상한선 미만의 스텁, 물리적 끝에 정확히 두 개의 120 Ω 종단 저항이 필요합니다. 이 세 가지 제약 조건을 올바르게 지정하면 버스는 노이즈, 진동 및 거리를 견딜 수 있습니다. 하나라도 잘못되면 부하 상태에서 추적하기 어려운 간헐적인 비트 오류가 발생합니다.
About the Author
Michael Wang
Senior Technical Engineer
As the technical lead at TeleWire, Michael bridges the critical gap between complex engineering requirements and precision manufacturing. With deep expertise in Design for Manufacturing (DFM) and signal integrity, he oversees the technical validation of custom interconnect solutions for mission-critical automotive, industrial, and medical applications.
