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CAN-Bus-Verkabelung: Grundlagen richtig ausführen

Dieser Ratgeber erklärt die Grundlagen der CAN-Bus-Verkabelung. Er zeigt den Aufbau des Kabels, die Rolle der Abschlusswiderstände, die richtige Topologie und den Zusammenhang zwischen Buslänge und Bitrate. So vermeiden Sie die typischen Fehler bei Planung und Konfektion.

Was ist ein CAN-Bus und wo wird er eingesetzt?

CAN steht für Controller Area Network. Es ist ein serielles Bussystem, über das Steuergeräte ohne zentralen Rechner miteinander sprechen. Damit zählt der CAN-Bus zu den Feldbussen. Alle Teilnehmer hängen an derselben Leitung und teilen sich den Bus.

Der CAN-Bus stammt aus dem Fahrzeugbau. Heute steckt er in fast jedem Kraftfahrzeug. Genutzt wird er aber weit darüber hinaus. In Maschinen, in der Automatisierung, in Landtechnik, in Aufzügen und in der Medizintechnik. Der Grund ist die hohe Störfestigkeit. Der Bus arbeitet auch in elektrisch rauer Umgebung zuverlässig.

Warum werden zwei verdrillte Adern verwendet?

Der CAN-Bus überträgt seine Daten differenziell. Er nutzt dafür zwei Leitungen. Die eine heißt CAN-H, die andere CAN-L. Ein Bit wird nicht über einen festen Pegel gegen Masse übertragen. Es wird über die Spannungsdifferenz zwischen den beiden Adern übertragen.

Das hat einen klaren Vorteil. Eine Störung von außen trifft beide Adern nahezu gleich. Sie verschiebt beide Pegel in dieselbe Richtung. Die Differenz zwischen CAN-H und CAN-L bleibt dabei erhalten. Der Empfänger wertet nur diese Differenz aus. Die Störung fällt so weitgehend heraus.

Damit dieser Effekt greift, müssen die beiden Adern verdrillt sein. Ein verdrilltes Paar sorgt dafür, dass beide Leitungen dem Störfeld gleich ausgesetzt sind. Ein paralleles, nicht verdrilltes Paar erreicht das nicht. Deshalb ist das verdrillte Paar beim CAN-Bus Pflicht, nicht Kür.

Warum braucht der CAN-Bus 120-Ohm-Abschlusswiderstände?

Der Bus wird an seinen beiden Enden mit je einem Widerstand von 120 Ohm abgeschlossen. Der Widerstand liegt zwischen CAN-H und CAN-L. Zwei solche Widerstände parallel ergeben rechnerisch 60 Ohm über den ganzen Bus.

Der Zweck ist die Vermeidung von Reflexionen. Ein Signal, das ans Leitungsende läuft und dort auf ein offenes Ende trifft, wird zurückgeworfen. Diese Reflexion überlagert das eigentliche Signal und verfälscht es. Der Abschlusswiderstand nimmt die Signalenergie am Ende auf. Er wandelt sie in Wärme um, statt sie zu reflektieren.

Der Wert von 120 Ohm ist kein Zufall. Er entspricht dem Wellenwiderstand der genormten CAN-Leitung. Nur wenn Abschluss und Leitung zusammenpassen, wird das Signal sauber aufgenommen. Genau das fordert die Norm ISO 11898-2. Gepflegt wird die CAN-Normenwelt von CAN in Automation, dem CAN-Industrieverband.

Wichtig ist die Anzahl. Es gehören genau zwei Widerstände in den Bus, je einer an jedes Ende. Nicht mehr und nicht weniger. Fehlt ein Widerstand, treten Reflexionen auf. Sind es zu viele, sinkt der Gesamtwiderstand zu weit ab und die Pegel brechen ein. Beides führt zu Übertragungsfehlern.

Welchen Wellenwiderstand und welche Kabel braucht der CAN-Bus?

Die CAN-Leitung ist auf einen Wellenwiderstand von etwa 120 Ohm ausgelegt. Deshalb passt der Abschluss von 120 Ohm dazu. Kabel und Abschluss bilden ein aufeinander abgestimmtes System.

Eine typische CAN-Leitung erfüllt diese Eckwerte:

Für die Auswahl der Leitung zählt nicht nur der Wellenwiderstand. Auch der Querschnitt spielt eine Rolle, vor allem bei langen Bussen und vielen Knoten. Wie Sie den passenden Querschnitt bestimmen, lesen Sie im Beitrag Kabelquerschnitt berechnen.

Warum ist die lineare Bustopologie wichtig?

Ein CAN-Bus wird als eine durchgehende Linie verlegt. Die Leitung läuft von einem Ende zum anderen. Die Teilnehmer hängen unterwegs an dieser Linie. An den beiden Enden sitzen die Abschlusswiderstände. Diese Form heißt lineare Bustopologie.

Eine Sterntopologie ist beim CAN-Bus problematisch. Bei einem Stern laufen mehrere Leitungen von einem zentralen Punkt weg. Es gibt dann nicht mehr zwei klare Enden. Der saubere Abschluss mit zwei Widerständen ist nicht mehr möglich. An jedem offenen Ast entstehen Reflexionen.

Auch Stichleitungen sind ein Thema. Ein Stich ist eine kurze Abzweigung von der Hauptlinie zu einem Knoten. Kurze Stiche sind meist unkritisch. Lange Stiche wirken wie zusätzliche unabgeschlossene Enden. Halten Sie Stichleitungen deshalb so kurz wie möglich. Bei hoher Bitrate gilt das besonders streng.

Wie hängen Buslänge und Bitrate zusammen?

Buslänge und Bitrate stehen in einem festen Verhältnis. Je höher die Bitrate, desto kürzer darf der Bus sein. Der Grund liegt in der Physik. Das Signal muss innerhalb einer Bitzeit bis zum entferntesten Knoten und wieder zurück laufen können. Bei hoher Bitrate ist die Bitzeit kurz. Also bleibt weniger Zeit für die Laufstrecke.

Als Faustregel gilt bei 1 Mbit/s eine Buslänge von rund 40 Metern. Die folgenden Richtwerte sind gängige Orientierung:

Diese Werte sind Richtwerte. Sie hängen von Kabel, Transceiver und Aufbau ab. Planen Sie immer eine Reserve ein und prüfen Sie die Vorgaben Ihres Systems.

Wie sind Masse und Schirm zu behandeln?

Der CAN-Bus braucht eine gemeinsame Bezugsmasse. Alle Teilnehmer sollten auf ein ähnliches Massepotenzial bezogen sein. Große Potenzialunterschiede zwischen Knoten stören die Kommunikation. Viele Systeme führen deshalb neben dem Signalpaar eine Masseleitung mit.

Der Schirm schützt vor Einstreuungen von außen. Damit er wirkt, muss er richtig aufgelegt sein. In vielen Anlagen wird der Schirm an einem Punkt auf Masse gelegt. So werden Ausgleichsströme über den Schirm vermieden. Die genaue Vorgabe richtet sich nach dem System und dem Massekonzept der Anlage. Ist Ihre Anwendung mechanisch belastet, prüfen Sie auch die Leiterbauart. Die Unterschiede erklärt der Beitrag Litze oder Draht.

Wie verhindert die richtige Konfektion Fehler?

Viele CAN-Störungen entstehen nicht im Steuergerät, sondern in der Verkabelung. Ein fehlender Abschlusswiderstand. Ein vertauschtes Paar. Ein zu langer Stich. Eine schlechte Crimpung an CAN-H oder CAN-L. Solche Fehler führen zu sporadischen Aussetzern, die schwer zu finden sind.

Die saubere Konfektion beugt dem vor. Das richtige Kabel mit passendem Wellenwiderstand. Die korrekte Belegung der Steckverbinder. Die geprüfte Verbindung an jedem Kontakt. Der Abschluss am richtigen Ende. Wird all das kontrolliert ausgeführt, läuft der Bus zuverlässig.

Häufige Fragen

Warum die CAN-Bus-Konfektion bei WATEK zählt

Bei WATEK Cable konfektionieren wir Leitungen und Kabelbäume für CAN-Bus-Anwendungen nach Ihrer Vorgabe. In der täglichen Fertigung sehen wir, dass die meisten CAN-Probleme aus der Verkabelung kommen, nicht aus dem Steuergerät. Wir setzen das richtige Kabel ein, belegen die Steckverbinder korrekt und prüfen jede Verbindung. So bekommen Sie eine Verkabelung, die im Feld nicht zur Fehlerquelle wird.

Brauchen Sie konfektionierte CAN-Leitungen oder komplette Bordnetze, sehen Sie sich unsere Kabelkonfektion an. Für verzweigte Systeme passt der Kabelbaum. Fertige Geräte mit verbauter CAN-Verkabelung liefern wir über die Gerätemontage. Sprechen Sie uns an. Wir beraten Sie zu Kabel, Topologie und Abschluss.

Thomas Wakolbinger

Geschäftsführer · WATEK Cable GmbH

Thomas Wakolbinger führt die WATEK Cable GmbH in Lambach (Oberösterreich). Mit Hintergrund in der Automatisierungstechnik verantwortet er die Fertigung von Kabelkonfektionen, Gerätemontagen und elektrischen Baugruppen: vom Einzelstück bis zur Serie.

Mehr über uns

Fachliche Verantwortung: Thomas Wakolbinger, Geschäftsführer WATEK Cable GmbH. Dieser Beitrag gibt allgemeine Grundlagen wieder. Für die konkrete Auslegung gelten die Vorgaben Ihres Systems und der jeweiligen Norm.