关键概念
差分信号 (Differential Signaling)
用两根线 CAN_H 与 CAN_L 的电压差而非单根线对地电压来表示数据。CAN 的逻辑值由 Vdiff = VCAN_H − VCAN_L 决定。差分传输的最大好处是共模抗扰：外界干扰会同等地叠加到两根线上，相减后被抵消，因此 CAN 能在电磁噪声极强的汽车环境里可靠工作。
显性电平 (Dominant, 逻辑 0)
收发器驱动 CAN_H≈3.5V、CAN_L≈1.5V，差分电压 Vdiff≈2V（>0.9V 判为显性）。此时收发器主动"拉开"两根线的电压。多个节点同时发送时，只要有一个发显性，总线就是显性——这就是仲裁得以工作的物理"线与"特性。
隐性电平 (Recessive, 逻辑 1)
收发器不驱动总线，CAN_H 与 CAN_L 都被偏置到约 2.5V，差分电压 Vdiff≈0V（<0.5V 判为隐性）。隐性是总线的"默认松弛"状态，靠终端电阻把两线拉到同一电位。只有所有节点都发隐性时，总线才呈隐性。
双绞线 (Twisted Pair)
CAN_H 与 CAN_L 两根线相互缠绕。缠绕使两线在空间上紧密平行，外界磁场对两线感应出几乎相同的干扰（共模），差分接收时被抵消；同时也减小信号线自身向外辐射的噪声。汽车 CAN 通常用非屏蔽双绞线（UTP）即可，高干扰场合用屏蔽双绞线（STP）。
终端电阻 (Termination Resistor, 120Ω)
接在总线两端的电阻，阻值等于电缆特性阻抗（约 120Ω）。作用是吸收信号反射——高速信号到达线缆末端若无匹配电阻会反弹回来，叠加成畸变导致误码。CAN 要求总线两端各一个 120Ω，二者并联后总线呈现约 60Ω 负载。这是 CAN 布线最容易出错、也最常导致"通信时好时坏"的地方。
CAN 收发器 (Transceiver)
位于 CAN 控制器（如 STM32 bxCAN）与物理总线之间的接口芯片，把控制器的单端 TTL 电平（TXD/RXD）转换成总线上的差分电平，反之亦然。典型型号 TJA1050（高速）、TJA1042（带待机唤醒）、MCP2551。它还提供总线保护、共模范围扩展和过温保护。
高速 CAN vs 低速容错 CAN
高速 CAN（ISO 11898-2）：速率最高 1Mbps，双线差分，需两端 120Ω 终端，用于动力/底盘。低速容错 CAN（ISO 11898-3）：速率 ≤125kbps，即使一根线断路/短路仍能单线降级工作（fault tolerant），用于车身舒适系统，终端电阻方案不同（每节点分布式电阻）。
共模电压范围 (Common-Mode Range)
不同 ECU 的地电位可能因大电流负载而漂移，导致两节点看到的总线绝对电压不同。收发器允许 CAN_H/CAN_L 的绝对电压在一定范围内浮动（如 TJA1050 约 −12V~+12V）仍能正确解码差分值。共模范围越宽，网络对地偏移和干扰越鲁棒。
差分电平：显性与隐性的波形
下图对比同一段位流在 CAN_H、CAN_L 及差分电压上的表现。注意隐性时两线合拢到 2.5V，显性时被拉开到 3.5V/1.5V。
高速 CAN 差分电平（ISO 11898-2）
════════════════════════════════════════════════════
逻辑值: 隐1 显0 显0 隐1 显0 隐1
┌────┐ ┌────┐ ┌────┐
电压
3.5V ..........┌────────┐..............┌────┐........ CAN_H
2.5V ━━━━━━│ │━━━━━━━━━│ │━━━━ (偏置基线)
1.5V ..........└────────┘..............└────┘........ CAN_L
V_diff:
2.0V ┌────────┐ ┌────┐
0.9V ─ ─ ─ ─ ┤ 显性阈值 ├─ ─ ─ ─ ─ ─┤ ├─ ─ ─
0.0V ━━━━━━━┘ └━━━━━━━━━━┘ └━━━
隐性≈0V 显性≈2V 隐性≈0V 显性 隐性
判定: V_diff > 0.9V ⇒ 显性(0) V_diff < 0.5V ⇒ 隐性(1)
为什么显性是 0、隐性是 1
命名源于仲裁语义："显性"位主动驱动总线、会压倒"隐性"位，就像逻辑与（AND）中 0 会压倒 1。定义显性=0 使得 ID 越小（0 越多）优先级越高，与仲裁规则一致。物理上显性是"主动拉开电压"，隐性是"松手让电阻拉平"——所以隐性也叫总线的空闲/默认态。
总线拓扑与终端电阻
CAN 必须是线形总线：一条主干，节点通过尽量短的支线（stub）挂接。两端各一个 120Ω 终端电阻。星形连接和过长支线会引入反射，是高速 CAN 布线的大忌。
正确的线形拓扑 + 双端 120Ω 终端
120Ω 120Ω
┌─R─┐ ══════ 主干 (backbone) ══════════════ ┌─R─┐
│ ├──╤═══════╤═══════╤═══════╤═══════╤═══════┤ │
└───┘ │ │ │ │ │ └───┘
短支线 │ │ │ │
┌───┴─┐ ┌───┴─┐ ┌───┴─┐ ┌───┴─┐ ┌───┴─┐
│节点1│ │节点2│ │节点3│ │节点4│ │节点5│
└─────┘ └─────┘ └─────┘ └─────┘ └─────┘
R = 120Ω，两端各一个，并联后总线呈约 60Ω
✗ 错误做法：
· 只装一个终端电阻 ⇒ 反射，误码率升高
· 装了 3 个以上或阻值错误 ⇒ 差分幅值不足
· 支线(stub)过长 ⇒ 分支反射
· 星形/树形连接 ⇒ 多点反射，高速下几乎必挂
现场排障：先量总线电阻
CAN 通信异常时，第一步断电后用万用表量 CAN_H 与 CAN_L 之间的电阻：正常应约 60Ω（两个 120Ω 并联）。若量到 120Ω，说明只有一个终端电阻（另一个缺失或断线）；若量到接近 0Ω，说明总线短路；若量到无穷大，说明没有终端电阻或线路断开。这个"量 60Ω"的技巧能快速定位大量物理层故障。
收发器：控制器与总线之间的桥梁
MCU 里的 CAN 控制器只输出单端逻辑电平 TXD/RXD，需要收发器把它转成差分总线信号。收发器的 TXD 引脚为 0 时驱动显性，为 1 时释放为隐性。
CAN 节点信号链路
┌──────────────┐ TXD ┌──────────────┐ CAN_H
│ MCU 内 │ ────▶ │ ├────────▶ ══╤══ 总线
│ CAN 控制器 │ │ CAN 收发器 │ CAN_L 120Ω
│ (bxCAN) │ ◀──── │ (TJA1050) ├────────▶ ══╧══
└──────────────┘ RXD └──────────────┘
TXD=0 ⇒ 收发器驱动显性(CAN_H高/CAN_L低)
TXD=1 ⇒ 收发器释放，总线呈隐性
RXD ⇒ 收发器把总线差分电平回读给控制器(用于仲裁监听)
| 收发器型号 | 标准 | 最高速率 | 特色功能 | 典型场景 |
| TJA1050 | ISO 11898-2 | 1Mbps | 基础高速收发 | 通用高速 CAN |
| TJA1042 | ISO 11898-2 | 1Mbps | 待机/唤醒、总线故障保护 | 需低功耗的 ECU |
| MCP2551 | ISO 11898-2 | 1Mbps | 斜率控制降 EMI | Microchip 生态 |
| TJA1044 | ISO 11898-2 | 5Mbps | CAN FD 就绪 | CAN FD 网络 |
| TJA1055 | ISO 11898-3 | 125kbps | 单线容错 | 车身低速容错 CAN |
高速 CAN vs 低速容错 CAN
高速 CAN (ISO 11898-2)
- 速率 125kbps ~ 1Mbps
- 两端各一个 120Ω 终端
- 显性 CAN_H≈3.5V / CAN_L≈1.5V
- 断线即失效，无冗余
- 动力总成、底盘、诊断骨干
低速容错 CAN (ISO 11898-3)
- 速率 ≤125kbps
- 分布式终端（每节点带电阻）
- 显性电压摆幅更大（约 5V/0V）
- 单线断/短仍可降级单线工作
- 车身舒适系统（门、灯、座椅）
线缆长度与速率的权衡
CAN 总线的最大长度受速率限制：仲裁要求信号能在一个位时间内往返全网传播，速率越高、位时间越短、允许的总线越短。经验值：1Mbps ≤ 40m，500kbps ≤ 100m，125kbps ≤ 500m，10kbps 可达数公里。这也是为什么长距离场合（如工程机械 J1939）常用 250kbps 而非 1Mbps。支线长度也须限制（高速下每条 < 0.3m，总支线长度受限）。
本章小结
CAN 物理层用 CAN_H 与 CAN_L 两根双绞线的差分电压传输数据，靠共模抵消在汽车强干扰环境中可靠工作。显性位（逻辑 0）由收发器主动驱动，CAN_H≈3.5V、CAN_L≈1.5V，差分约 2V；隐性位（逻辑 1）是不驱动的默认态，两线合拢到 2.5V、差分约 0V；显性压倒隐性形成"线与"，是仲裁的物理基础。总线必须是线形拓扑，两端各接一个 120Ω 终端电阻吸收反射，正常测量 CAN_H-CAN_L 间应为 60Ω（两个并联），这是现场排障第一招。收发器（TJA1050/TJA1042/MCP2551 等）把 MCU 的 TXD/RXD 单端信号转成差分总线信号：TXD=0 驱动显性、TXD=1 释放隐性，同时通过 RXD 回读用于仲裁监听。高速 CAN（ISO 11898-2，≤1Mbps）无冗余，低速容错 CAN（ISO 11898-3，≤125kbps）支持单线降级。总线最大长度与速率成反比，1Mbps 约 40m，速率越低可越长。