La topologie et les réflexions : terminateur, étoile, ligne

Deux résistances de 120 Ω à chaque bout d’un bus, ce n’est pas une superstition d’électronicien : c’est de la physique des lignes. Un signal rapide qui arrive au bout d’un câble mal terminé revient en arrière comme une vague sur un mur. Comprendre ces réflexions, c’est comprendre pourquoi la topologie compte autant que les niveaux.

Le câble est une ligne de transmission

• À la vitesse d’un CAN, un fil n’est plus un simple conducteur : c’est une ligne de transmission avec une impédance caractéristique, autour de 120 Ω pour une paire torsadée CAN.
• Quand le signal atteint une extrémité, il faut « absorber » son énergie, sinon elle repart en sens inverse. C’est le rôle du terminateur : une résistance de 120 Ω, égale à l’impédance de la ligne, qui absorbe l’onde au lieu de la renvoyer.
• Deux extrémités, deux terminateurs. En parallèle, ils donnent les 60 Ω qu’on mesure. Retirer l’un des deux, c’est ouvrir une extrémité et laisser l’onde se réfléchir.

Ce que fait une réflexion à l’écran

• Un bus mal terminé « sonne » : après chaque front, on voit une oscillation amortie, des rebonds qui se superposent au signal utile. Les fronts perdent leur netteté.
• À basse vitesse, ces rebonds ont le temps de s’éteindre avant qu’on échantillonne le bit : le bus fonctionne malgré tout. À haute vitesse — CAN FD, phase de données rapide —, ils tombent en plein milieu du bit et provoquent des erreurs.
• C’est pourquoi un réseau tolérant en CAN classique se met à fauter dès qu’on l’exploite en FD : la même réflexion, tolérable à 500 kbit/s, devient fatale à 5 Mbit/s. Un scope à bande passante suffisante montre ces rebonds au ralenti — encore faut-il savoir régler la sonde et le déclenchement.

Ligne, étoile, dérivations

• La topologie idéale du CAN est la ligne : un tronc unique, terminé aux deux bouts, avec des dérivations (stubs) les plus courtes possibles vers chaque nœud.
• Une dérivation longue est une antenne à réflexions : le signal s’y engouffre, rebondit au bout non terminé du stub et revient polluer le tronc. Plus la vitesse est haute, plus la longueur tolérable est courte.
• L’étoile — plusieurs branches partant d’un point central — est un compromis fréquent en automobile, souvent géré par une gateway centrale. Elle marche, mais chaque branche allonge les chemins et multiplie les risques de réflexion ; sa terminaison doit être pensée, pas improvisée.

Les conséquences pour le diagnostic

• Ajouter un module en piquant une longue dérivation sur le bus « parce qu’il y avait de la place » est une cause classique de pannes intermittentes qui apparaissent après une intervention.
• Une terminaison manquante (mesure à 120 Ω) laisse le bus fonctionner par beau temps et fauter sous stress thermique ou à haut débit. Le symptôme est capricieux, la cause est topologique.
• Devant un bus qui « sonne », on ne cherche pas un calculateur : on cherche une extrémité ouverte, une dérivation trop longue ou une terminaison en trop.
• Un splice fatigué, un point de jonction sous adhésif qui s’oxyde : au milieu du tronc, il crée une désadaptation locale qui réfléchit une partie du signal sans couper le bus. Invisible à l’ohmmètre, il ne se voit qu’au scope, sur la forme des fronts.

Les 120 Ω ne sont pas un détail mais la condition pour qu’un signal rapide ne se réfléchisse pas : sur un bus qui sonne, c’est la topologie — terminaison, longueur des dérivations — qu’on interroge, pas les calculateurs.

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