CAN のビットタイミングとバス長制約

要点#

CAN のビット単位アービトレーションは「1 bit 時間内に送信ビットがバスの反対端まで往復して戻れる」ことを要求する。信号伝搬遅延がボトルネックで、bit rate × バス長 ≲ 50 Mbps·m が実用の目安。

数字#

• CAN ケーブル上の伝搬速度: 約 200,000 km/s ≈ 2/3 c ≈ 5 ns/m
• トランシーバ遅延: 片方向 50〜150 ns 典型
• サンプルポイント: 通常 bit time の 75〜87.5%
• 1 bit = 8〜25 TQ (Time Quantum) 分割が典型

bit rate と最大バス長 (経験則)#

物理的な根拠#

アービトレーションと ACK スロットでは、送信ビットが「バスの反対端まで届いて反応が戻ってくる」必要がある。よって:

t_bit ≥ 2 × ( 2L / v_prop + t_TX + t_RX + t_comp )

• 2L / v_prop: 送信→反対端の往復遅延
• t_TX + t_RX: トランシーバ IC 遅延
• t_comp: コンパレータ・ノード内部遅延

これが 1 bit 時間内に収まらないと、複数ノードが同じビットを同時に見られず、調停が壊れる。

Bit Time セグメント構造#

| SYNC_SEG | PROP_SEG | PHASE_SEG1 | PHASE_SEG2 |
                                   ↑
                                Sample Point

• SYNC_SEG: 1 TQ 固定。エッジ同期用
• PROP_SEG: 信号往復遅延を吸収する枠 ← バス長を決めるセグメント
• PHASE_SEG1 / SEG2: 位相ずれ補正、サンプル位置調整
• SJW (Synchronization Jump Width): 再同期時にセグメントを伸縮できる最大幅

Sample Point の選び方#

• 遠距離バス: 87.5% 寄り (PROP_SEG を長めに)
• 短距離高速: 75% 寄りでもよい
• CANopen 標準は 87.5%

STM32 等での設定例 (500 kbps, PCLK 42 MHz)#

Prescaler = 6      → TQ = 6/42MHz = 143 ns
BS1 (SYNC+PROP+PHASE_SEG1) = 12 TQ
BS2 (PHASE_SEG2) = 1 TQ
合計 = 14 TQ = 2000 ns → 500 kbps
Sample Point = 13/14 = 92.8%

関連#

• [[can-basics]]
• [[can-fd]]