关于CAN总线的位时间/同步段/传播时间段/相位缓冲段/采样点

根据 CAN 规范的要求，总线上的所有器件都必须使用相同的比特率才能完成通信。然而，并非所有器件都要求具有相同的主振荡器时钟频率。所以，CAN 总线能够在一定的范围内容忍总线上 CAN 节点的通信波特率的偏差，这种机能使得 CAN 总线有很强的容错性，同时也降低了对每个节点的振荡器精度。所以，实际上，CAN 总线的波特率是一个范围。举个例子，假设定义的波特率是 250KB/s，但是实际上根据对寄存器的设置，实际的波特率可能为 200-300KB/s（具体值取决于寄存器的设置）。

首先了解一下 CAN 总线系统中的两个时钟：晶振时钟周期和CAN时钟周期：

晶振时钟周期：是由单片机振荡器的晶振频率决定的，指的是振荡器每震荡一次所消耗的时间长度，也是整个系统中最小的时间单位；
CAN时钟周期：CAN时钟是由系统时钟分频而来的一个时间长度值，实际上就是一个时间份额TQ。计算公式：CAN时钟周期 = 2 × 晶振时钟周期 × BRP，其中BRP叫做波特率预分频值（baudrate prescaler）；

如上图所述，根据CAN规范，每一个CAN位时间（Nominal Bit Time，NBT）被分成4个时间段：同步段（Sync_Seg）、传播时间段（Prop_Seg）、相位缓冲段1（Phase_Seg1）和相位缓冲段2（Phase_Seg2），如下图所示：

而采样点则设计在相位缓冲段1和相位缓冲段2之间。如下图所示：

如果用公式来表示，就是：

上述每个段又由若干个时间份额（time quanta，TQ）组成，时间份额 TQ 是位时间的基本时间单元，下面详细解释一下：

1、同步段（Synchronization Segment）

同步段（SyncSeg）为 NBT 中的首段，用于同步CAN总线上的各个节点。输入信号的跳变沿就发生在同步段，该段持续时间为 1 TQ。同步段用于同步总线上的各个节点，一个位的跳边沿在此时间段内。

2、传播段（Propagation Segment）

传播段（PropSeg）用于补偿各节点之间的物理传输延迟时间。传输延迟时间为信号在总线上传播时间的两倍，包括总线驱动器延迟时间。传播段的长度一般有一个取值范围，不同的控制器不完全一致，典型值为 1 – 8 TQ。

3、相位缓冲段（Phase Buffer Segment1）

相位缓冲段用于补偿节点间的晶振误差，又分为相位缓冲段1（PS1）和相位缓冲段2（PS2），在这个时间段的末端进行总线状态的采样。两个相位缓冲段PS1和PS2用于补偿总线上的边沿相位误差。通过再同步，可以延长 PS1（或缩短PS2）。

同理，不同的控制器，PS1/PS2 的取值范围不完全一致，一般 PS1 为 1 – 8 TQ，PS2 为 2 – 8 TQ。

4、采样点

采样点是位时间内的一个时间点。在该时间点，读取总线电平并进行分析。采样点位于相位缓冲段 PS1 的终点。但当采样模式设置为每位采样 3 次时例外。这种情况下，在 PS1 的终点仍然对某一位进行采样时，前两次的采样时间间隔为 TQ / 2，而该位的值将根据三个采样值中至少两次采样的相同值决定。

5、同步跳转宽度

同步跳转宽度（SJW）可通过编程设定为 1 – 4 TQ，它可对位时钟进行必要的调整来保持与发送报文同步。

例如，假设 FOSC = 20 MHz 时欲实现 125 kHz 的 CAN波特率：

TOSC = 50 ns，选择 BRP<5:0> = 04h，则 TQ = 500 ns。

欲达到 125 kHz，位时间应为 16 TQ。

位的采样时刻取决于系统参数，通常应发生在位时间的 60-70% 处。同时， TDELAY 典型值为 1-2 TQ。

同步段 = 1 TQ，传播段 = 2 TQ，这种情况下设置相位缓冲段 PS1 = 7 TQ，将会在跳变之后的 10 TQ 时进行采样。此时相位缓冲段 PS2 长度为 6 TQ。

由于相位缓冲段 PS2 长度为 6 TQ，根据规则， SJW 最大值为 4 TQ。然而通常状况下，只有当不同节点的时钟发生不够精确或不稳定（如采用陶瓷谐振器）时，才需要较大的 SJW。一般情况下，SJW 取值 1 TQ 即可满足要求。

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