CAN通信位时序：同步传输的核心机制
谈思实验室
2026年10月18日 17:50
上海
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我们在计算CAN通信的波特率时，会有许多概念，以周立功ZCANPRO中附带的波特率计算器为例
涉及到的参数有时钟（Clock），波特率（Baudrate），同步跳转宽度（SJW），比特率预分频器（BRP：bit rate prescaler），TSEG1，TSEG2，采样点（SMP：sample point）。
不管何种协议的通信方式，其目的归根结底就是发送方将一个个0/1发送给接收方。这些参数的目的就是为了让收发双方知道每秒采样多少次，在什么时间进行采样。
单位时间（即每秒）发送0/1的数量就是波特率。发送单个0/1所需要的时间就是位时间（BT：bit time）。
则
BT=1/波特率
位时间内信号的组成就是位时序。CAN 通信中的位时序是确保多节点间数据同步传输的核心机制。
接下来我们通过位时序理解各个参数的意义和作用。
01
位时序的基本概念
位时序是指在CAN总线上传输每一位数据的时间安排结构，它定义了每个数据位在时间轴上的精细划分。CAN协议采用非归零(NRZ) 通信方式，没有固定的时钟信号线，因此位时序设计成为实现节点间同步的关键。通过位时序，CAN总线能够在分布式系统 中实现多节点间的精确同步，避免因时序偏差导致的误码问题。
02
位时序的组成结构
一个完整的CAN位时序由四个逻辑时间段组成，这些段共同构成一个位的传输时间：
1、同步段(SS: Synchronization Segment)
- 固定长度为1个时间量子(Tq)
- 用于实现节点间的硬同步，当总线上出现显性电平跳变时，所有节点以此跳变为基准对齐本地时序
- 是所有节点建立统一时间基准的关键环节
2、传播段(PTS: Propagation Time Segment)
- 长度可配置为1-8个Tq
- 用于补偿信号在总线线路上的传输延迟以及节点内部的电路延迟
- 典型配置：在长距离工业总线中适当延长，以抵消信号传输过程中的时延累积
3、相位缓冲段1(PBS1: Phase Buffer Segment 1)
- 长度通常为1-8个Tq
- 用于吸收节点间的微小时序偏差，当信号边沿不能被包含于SS段中时进行补偿
- 在重同步过程中可被延长，以调整采样点位置
4、相位缓冲段2(PBS2: Phase Buffer Segment 2)
- 长度通常为2-8个Tq
- 用于提供额外的调整余量，在重同步过程中可被缩短
- 与PBS1共同构成时序调整的弹性空间，使节点能够灵活应对传输过程中的时序漂移
03
关键参数与时序计算
1. 时间量子(Tq)
- 位时序中的最小时间单位，由CAN控制器的系统时钟（Clock）分频得到
- 计算公式：T q = ( B R P + 1 ) × t Tq = (BRP + 1) × t
- 即，Tq由（BRP+1）个系统时钟周期组成
其中BRP为波特率预分频器值，t tt为系统时钟周期
2. 位时间(BT: bit time)与波特率(Baudrate)
- 位时间 = (1 + TSEG1 + TSEG2) × Tq
TSEG1 = PTS + PBS1（采样点之前的时间段）
TSEG2 = PBS2（采样点之后的时间段）
* 波特率 = 1 / 位时间
3. 采样点（SMP：sample point）位置
- 采样点位于PBS1结束处，是CAN控制器读取总线电平以确定位值的关键时刻
- 采样点位置以百分比表示：S M P = ( 1 + T S E G 1 ) / ( 1 + T S E G 1 + T S E G 2 ) × 100 SMP = (1 + TSEG1) / (1 + TSEG1 + TSEG2) × 100%SMP=(1+TSEG1)/(1+TSEG1+TSEG2)×100
- 推荐范围：65%-90%，常见值为75%-87.5%
过早采样易受边沿抖动干扰
过晚采样则压缩了有效保持窗口，二者均会升高误码率
4. 重同步跳转宽度(SJW)
- 定义：限制时序调整幅度的关键参数
- 作用：规定每个位时间内PBS1最多可延长、PBS2最多可缩短的时间量子数
- 设置原则：SJW ≤ min(TSEG1, TSEG2)，既保证时序调整灵活性，又避免过度调整导致位时间混乱
SJW
04
同步机制与工作原理
1. 硬件同步
- 触发条件：接收单元在总线空闲状态检测出帧起始(SOF)
- 工作原理：当检测到隐性电平到显性电平的边沿时，视为位的起始(SS)，不考虑SJW值进行同步调整
- 特点：确保所有节点在帧起始阶段建立统一的时间基准
2. 再同步机制
- 触发条件：在接收过程中检测到总线上的电平变化
- 工作原理：
当隐性电平到显性电平的边沿出现在PTS和PBS1之间时，延长PBS1以调整同步
当边沿出现在PBS2中时，缩短PBS2以调整同步
* 调整幅度：受SJW值限制，最大调整范围为SJW个Tq
3. 同步规则
- 1位中只进行一次同步调整
- 仅当边沿后的总线电平与边沿前一个总线采样值不同时，该边沿才能用于同步
- 帧起始边沿必须进行强制同步
- 发送单元观测到自身输出的显性电平有延迟时不进行再同步
05
位时序配置实例
示例：CAN时钟10MHz，目标波特率1Mbps
- Tq = 1/10MHz = 100ns
- 位时间 = 1/1Mbps = 1000ns = 10个Tq
- 配置：
SS = 1Tq
PTS = 6Tq（考虑总线延迟）
PBS1 = 1Tq
PBS2 = 2Tq
SJW = 1Tq
* 采样点位置 = (1+6+1)/10 = 80%
采样点调整示例：
- 提前采样：PTS+PBS1减小，PBS2加大 → 采样点前移（如60%）
- 延迟采样：PTS+PBS1加大，PBS2减小 → 采样点后移（如80%）
06
位时序的重要性 与应用
- 通信可靠性保障：通过精准的时序设计和同步机制，有效避免因时序偏差导致的误码问题
- 环境适应性：支持不同波特率(10kbit/s-1Mbit/s+)和总线长度的灵活配置
- 抗干扰能力：合理的位时序配置可显著提高系统对电磁干扰的抵抗能力
- 多节点同步：确保分布式系统中所有节点在统一的时序基准下工作
在实际应用中，位时序配置需根据具体场景进行优化：
- 汽车电子：通常使用250kbit/s或500kbit/s波特率，采样点设为80%-87.5%
- 工业控制：长距离通信时降低波特率，延长位时间以补偿更大传输延迟
- 高噪声环境：增加PTS长度，提高抗干扰能力
通过合理配置位时序参数，CAN总线能够适应从近距离高速通信到远距离低速传输的各种应用场景，为现代汽车电子、工业自动化 和智能设备等领域提供稳定可靠的通信基础。
参考文档：
https://zhuanlan.zhihu.com/p/162708070
https://mp.weixin.qq.com/s/aF4c8\_9-VfOJow3hSGjP5w
https://blog.csdn.net/qq\_35057766/article/details/135573375
来源：CSDN博主「高阳&酒徒」
https://blog.csdn.net/u010360138/article/details/160152217
end
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