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IEC 15205-02:2026 工业通信网络——CAN总线规范 第2部分：物理层要求
基于控制器局域网（CAN）的物理层介质访问单元与电气特性规范
标准概况与适用范围
IEC 15205-02:2026（全称 Industrial communication networks – Fieldbus specifications – Part 2: Physical layer specification and service definition for CAN-based networks）是国际电工委员会（IEC）发布的关于控制器局域网（CAN）物理层规范的重要标准。该标准定义了基于CAN总线的工业通信系统中物理层的介质访问单元（MAU）、信号传输特性、时序要求以及介质接口的电气条件。值得注意的是，该标准已被加拿大标准协会采纳为CAN/CSA-ISO/IEC 15205-02:2026，成为北美地区工业CAN网络部署的关键参考文件。
本标准适用于以下场景：
- 工业自动化设备间的实时通信（如PLC、传感器、执行器）
- 汽车电子系统的分布式控制（动力总成、车身控制）
- 嵌入式系统与现场总线网络（如CANopen、DeviceNet的底层物理实现）
- 机器人控制与制造单元的短距离高速数据交换
标准规定的内容范围包括：物理层介质访问单元（MAU）的功能模型、收发器电气特性、位编码与同步机制、总线拓扑结构、电缆与连接器要求，以及故障检测与保护机制。与传统的ISO 11898-2标准相比，IEC 15205-02:2026在高速通信和噪声容限方面进行了强化，特别针对工业环境中的恶劣电磁条件。
延伸阅读： 本标准的第1部分（IEC 15205-01）已迁移至IEC 61158系列中以统一现场总线架构，因此第2部分作为物理层独立规范使用。建议搭配IEC 61784-1（工业通信网络配置文件）进行系统设计。
主要技术内容与要求
物理层介质访问单元（MAU）
MAU是连接CAN控制器与传输介质的核心接口。IEC 15205-02:2026将MAU划分为三个功能块：发送单元、接收单元和总线故障管理单元。发送单元负责将数字位流转换为差分电压信号；接收单元将总线上的差分信号恢复为位流；故障管理单元监测总线状态并处理短路、过温等异常。
电气特性与信号电平
标准规定了显性（Dominant）与隐性（Recessive）两种总线状态对应的差分电压范围：
| 参数 | 显性电平 | 隐性电平 | 条件 |
|---|---|---|---|
| CAN_H对GND电压 | 3.5 V ± 0.2 V | 2.5 V ± 0.1 V | Vcc = 5 V ± 0.1 V |
| CAN_L对GND电压 | 1.5 V ± 0.2 V | 2.5 V ± 0.1 V | Vcc = 5 V ± 0.1 V |
| 差分电压 (CAN_H – CAN_L) | ≥ 1.2 V (典型2.0 V) | ≤ 0.5 V (接近0 V) | 负载60 Ω |
| 位时间最小宽度 | 500 ns (2 Mbps时) | 500 ns | — |
传输介质与拓扑
推荐的传输介质为双绞线（屏蔽或非屏蔽），特性阻抗要求为120 Ω ± 10%。总线两端必须各连接一个120 Ω终端电阻（匹配阻抗）。标准允许以下拓扑结构：
- 线性总线（主干长度 ≤ 40 m @ 1 Mbps）
- 短支线（stub）长度不超过0.3 m @ 1 Mbps，节点总数最多30个
- 允许使用中继器扩展通信距离，但最多经过2级中继
常见误区： 许多设计者误将终端电阻置于节点内部而非总线末端，这会导致反射信号增加，尤其在高速率下会引发位错误。IEC 15205-02:2026明确要求终端电阻必须焊接在电缆末端连接器处或靠近末端的电路板上。
实施/应用要点
位时序与同步
标准基于CAN协议的要求定义了三种同步机制：硬同步、再同步和相位缓冲段调整。系统设计时必须根据传输速率和振荡器容差计算采样点位置。推荐采样点位于位时间的87.5%处（对应于SYNC_SEG + PROP_SEG + PHASE_SEG1 = 14 tq，PHASE_SEG2 = 3 tq 的典型配置）。
电磁兼容性（EMC）要求
工业环境中的电磁干扰是CAN网络故障的主要诱因。IEC 15205-02:2026增加了对共模电压范围（-12 V ~ +12 V）和共模扼流圈使用的建议。所有节点必须满足：
- 共模瞬态抗扰度 ≥ 50 V/μs (符合IEC 61000-4-4)
- 静电放电 ±8 kV (接触放电，符合IEC 61000-4-2)
- 辐射发射限值基于CISPR 11 Class A
节点数量与距离权衡
标准给出了不同速率下的最大总线长度推荐值：
| 比特率 (kbps) | 最大总线长度 (m) | 典型应用 |
|---|---|---|
| 1000 | 40 | 高速单元控制器 |
| 500 | 100 | 一般自动化 |
| 250 | 250 | 延长距离 |
| 125 | 500 | 长距监控 |
| 50 | 1000 | 超大距离（需中继器） |
实施益处： 遵循IEC 15205-02:2026进行物理层设计可将总线误码率降低至10⁻¹³以下，同时减少由于阻抗不匹配导致的反射误差比达90%以上。
与其他标准的关系
IEC 15205-02:2026是CAN总线物理层领域的核心标准，与以下国际标准紧密关联：
- ISO 11898-2:2016 — 经典的CAN高速物理层标准，本标准的电气参数与其高度兼容，但在故障管理和EMC测试上更为严格。
- IEC 61158系列 — 现场总线数据链路层与应用层标准，IEC 15205-02为其物理层实现提供统一接口。
- CANopen (EN 50325-4) 与 DeviceNet — 高层协议均依赖于本标准定义的物理层特性。
- ISO 15765-2 — 诊断通信部分（DoCAN）引用CAN物理层规范，建议与IEC 15205-02配合使用。
强制性要求： 所有在工业环境中部署的CAN设备必须在2027年6月之前完成IEC 15205-02:2026的符合性认证，否则将无法使用CE标志。具体过渡期请关注IEC官方通告。
常见问题（FAQ）
问： IEC 15205-02:2026与ISO 11898-2的主要区别是什么？
答： 两者在物理层参数上基本一致，但IEC 15205-02更侧重于工业通信网络的整体框架，包含额外的故障管理要求（如加热度检测、总线自主恢复）以及更详细的EMC测试指南。此外，IEC版本还定义了与IEC 61158数据链路层的接口服务。
答： 两者在物理层参数上基本一致，但IEC 15205-02更侧重于工业通信网络的整体框架，包含额外的故障管理要求（如加热度检测、总线自主恢复）以及更详细的EMC测试指南。此外，IEC版本还定义了与IEC 61158数据链路层的接口服务。
问： 标准支线长度限制如何计算？
答： 标准规定单个支线长度不超过0.3 m @ 1 Mbps，且所有支线总长度不超过主干的30%。如果使用较低比特率（如125 kbps），支线长度可达3 m，但需使用高速收发器并增加CM扼流圈。具体公式：L_stub_max (m) = (40 / Bitrate_Mbps) × 0.3。
答： 标准规定单个支线长度不超过0.3 m @ 1 Mbps，且所有支线总长度不超过主干的30%。如果使用较低比特率（如125 kbps），支线长度可达3 m，但需使用高速收发器并增加CM扼流圈。具体公式：L_stub_max (m) = (40 / Bitrate_Mbps) × 0.3。
问： 是否可以使用非屏蔽双绞线？
答： 可以，但仅适用于工业环境等级较低（EN 61131-2 区域B）且比特率低于500 kbps的场合。对于高EMI环境，标准强制要求屏蔽双绞线，且屏蔽层应在每个节点处通过电容接地。
答： 可以，但仅适用于工业环境等级较低（EN 61131-2 区域B）且比特率低于500 kbps的场合。对于高EMI环境，标准强制要求屏蔽双绞线，且屏蔽层应在每个节点处通过电容接地。
问： 标准要求的最小共模电压范围是多少？
答： 收发器必须能够承受-12 V至+12 V的共模电压偏移（ISO 11898-2要求-2 V至+7 V）。这是针对工业环境中地电位差较大的场景，但实际设计中建议使用隔离CAN收发器以实现更宽范围。
答： 收发器必须能够承受-12 V至+12 V的共模电压偏移（ISO 11898-2要求-2 V至+7 V）。这是针对工业环境中地电位差较大的场景，但实际设计中建议使用隔离CAN收发器以实现更宽范围。
