CAN總線(xian)(xian)網絡在應用(yong)時,工程師常常會(hui)建議(yi)總線(xian)(xian)支線(xian)(xian)不要太長,那么為什么CAN總線(xian)(xian)支線(xian)(xian)不能太長,如(ru)果某些(xie)環(huan)境下必(bi)須使(shi)用(yong)長支線(xian)(xian)又該怎么辦呢?
CAN網絡的拓撲種類
控制器局域網CAN(Controller Area Network),是國際上應用最廣泛的現場總線之一,最初是由德國Bosch公司設計的,為解決現代汽車中眾多控制單元、測試儀器之間的實時數據交換而開發一種串行通信協議。CAN網絡的拓撲結構主要有線形拓撲、星形拓撲、樹形拓撲和環形拓撲等。
線(xian)(xian)(xian)形結構如下圖所示,其(qi)特點(dian)是(shi)(shi)一條主干(gan)總(zong)線(xian)(xian)(xian),在總(zong)線(xian)(xian)(xian)上分出(chu)支線(xian)(xian)(xian)到(dao)各個節(jie)點(dian),其(qi)優(you)點(dian)在于(yu)布線(xian)(xian)(xian)施工(gong)簡單,阻抗匹配(pei)規則(ze)固定,接(jie)線(xian)(xian)(xian)比較方便,缺(que)點(dian)是(shi)(shi)拓撲不夠靈活,在一定程(cheng)度上影響通(tong)訊距離;
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星形(xing)拓(tuo)撲如下圖所示,其特(te)點(dian)(dian)是(shi)每個(ge)節點(dian)(dian)通(tong)過(guo)中央設備連(lian)到(dao)一(yi)起(qi),優點(dian)(dian)是(shi)容易(yi)擴(kuo)展,缺點(dian)(dian)是(shi)一(yi)旦中央設備出故障會導致總線集體故障,而且(qie)分支線長(chang)不同(tong),阻抗(kang)匹(pi)配復(fu)雜,可能(neng)需要通(tong)過(guo)一(yi)些中繼器或集線器進行擴(kuo)展;
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樹形拓(tuo)撲(pu)如下圖(tu)所示,其特點(dian)是(shi)分支(zhi)比(bi)較多,且分支(zhi)長度不同,優點(dian)是(shi)布線方便(bian),缺點(dian)是(shi)網絡拓(tuo)撲(pu)復(fu)雜(za),阻抗匹配(pei)困難,通訊中極易出現問題,必須(xu)加一些集線器設備;
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環形拓撲如下圖所(suo)示(shi),其特點(dian)是(shi)(shi)將CAN總線(xian)頭(tou)尾(wei)相連,形成環狀,優勢(shi)是(shi)(shi)線(xian)纜任(ren)意位(wei)置斷開(kai),總線(xian)都不會(hui)出(chu)現問題,缺點(dian)是(shi)(shi)信號反射嚴重,無法(fa)用于(yu)高波特率和遠距離(li)傳輸。
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雖然CAN總線可(ke)以有多(duo)種網絡拓(tuo)撲,但在實(shi)際(ji)應用(yong)當中(zhong)比較推薦使用(yong)線形(xing)拓(tuo)撲,且在IOS-11898-2中(zhong)有高速(su)CAN物理層規范,其中(zhong)推薦的CAN網絡拓(tuo)撲也是(shi)線形(xing)拓(tuo)撲,下(xia)面就針對線形(xing)拓(tuo)撲網絡CAN支線過長問題進行(xing)分(fen)析。
支線過長帶來的問題
在(zai)講CAN支線之前,我們來(lai)看一個(ge)CAN的(de)(de)波(bo)(bo)(bo)形圖(tu),如(ru)下圖(tu)所示,大家仔細查看CAN波(bo)(bo)(bo)形圖(tu),會發現CAN波(bo)(bo)(bo)形上存在(zai)明顯(xian)的(de)(de)上升(sheng)沿和下降沿臺階現象,因為臺階的(de)(de)存在(zai),從而引起波(bo)(bo)(bo)特率變化,導致接收節(jie)點(dian)采樣出錯(也(ye)稱位(wei)寬錯誤)。
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邊沿臺(tai)階出(chu)現的(de)源頭主要(yao)是CAN節點的(de)分支,分支過長形成的(de)反射就(jiu)(jiu)變強,將會導致(zhi)位(wei)寬度失調(diao)的(de)錯誤。ISO11898中(zhong)只規定(ding)1M波特率下分支不(bu)超(chao)過0.3米(mi),支線(xian)過長會直接導致(zhi)總(zong)線(xian)阻抗(kang)匹配問(wen)題發生,阻抗(kang)匹配是指信(xin)號源或者傳輸線(xian)跟負載(zai)之間達到一(yi)種適合(he)的(de)搭配,阻抗(kang)匹配主要(yao)為(wei)了(le)調(diao)整負載(zai)功率和抑制信(xin)號反射,所以一(yi)旦阻抗(kang)匹配出(chu)現問(wen)題,就(jiu)(jiu)出(chu)現了(le)上圖中(zhong)的(de)上升沿和下降沿的(de)臺(tai)階。
解決支線過長的辦法
如果我們(men)的總線存在支線過長(chang)的問題,那么(me)該怎么(me)辦呢(ni)?我們(men)下(xia)面(mian)提(ti)供幾種(zhong)解決方案:
1、減小分支長度
在CAN網絡布局的(de)(de)根源(yuan)上(shang)解決問(wen)題的(de)(de)方(fang)式就是減少CAN節點的(de)(de)分支長(chang)度(du),從而降低信號反射,保證位寬的(de)(de)穩定性。如(ru)上(shang)圖波形實驗中,其它條件不變,只將分支長(chang)度(du)減少為20cm,此時并沒有(you)看到邊沿臺階的(de)(de)出現。由此可(ke)見,減少分支長(chang)度(du)是消除(chu)邊沿臺階的(de)(de)最直接方(fang)式。
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2、長分支上加適當電阻
在網(wang)絡布局無法改變,分支引起(qi)的(de)(de)信(xin)號(hao)反(fan)(fan)射(she)(she)必須存(cun)在的(de)(de)情(qing)況下(xia)。 ***的(de)(de)方(fang)法就是(shi)在長分支末端加(jia)上電(dian)(dian)阻(zu)(zu),消除信(xin)號(hao)反(fan)(fan)射(she)(she)。同樣(yang)的(de)(de)在上述實驗中,在分支節點處(chu)加(jia)上一(yi)個200Ω的(de)(de)電(dian)(dian)阻(zu)(zu),其它條件不(bu)變進行(xing)通信(xin)實驗。下(xia)圖為實驗的(de)(de)CAN波形(xing)圖,此時(shi)可以(yi)看(kan)到邊沿臺(tai)階(jie)已被(bei)消減,但是(shi)加(jia)了(le)電(dian)(dian)阻(zu)(zu)之后差分電(dian)(dian)壓(ya)變小,注意(yi)差分電(dian)(dian)壓(ya)不(bu)得小于0.9V。這(zhe)里值得一(yi)提的(de)(de)是(shi):阻(zu)(zu)值大于500Ω的(de)(de)電(dian)(dian)阻(zu)(zu)吸收反(fan)(fan)射(she)(she)的(de)(de)能力很弱,所以(yi)在末端掛電(dian)(dian)阻(zu)(zu)的(de)(de)時(shi)候應小于500Ω。
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3、增加CAN中繼器或集線器
當(dang)然很多(duo)場合是在(zai)出(chu)現(xian)了問題之后才發現(xian)支線過長(chang),當(dang)重新布(bu)線或更改節點本(ben)身都無法操作(zuo)的情(qing)況下,我們也有解決方案(an),那就是在(zai)過長(chang)的支線上增(zeng)加CAN中繼器(qi),
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