如何設(shè)計(jì)出一個(gè)安全可靠的CAN總線拓?fù)?/h1>

電子工程師?來(lái)源：工程師周亮? 2019-07-15 09:00 ? 次閱讀 ? 個(gè)評(píng)論

一、直線型拓?fù)?/p>

圖1 直線型拓?fù)?/p>

直線型拓?fù)湟步锌偩€型拓?fù)?，如圖1所示，所有的節(jié)點(diǎn)都接到同一總線上，總線上任意節(jié)點(diǎn)發(fā)送信息，其他節(jié)點(diǎn)都能正常接收。

它的優(yōu)勢(shì)包括：

● 布線施工簡(jiǎn)單；

● 阻抗匹配固定規(guī)則（首尾各1個(gè)120歐電阻匹配）；

● 接線操作簡(jiǎn)單方便；

● 由于這些優(yōu)勢(shì)，在很多領(lǐng)域里都獲得了廣泛應(yīng)用，可以滿足大多數(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用要求，但是隨著行業(yè)應(yīng)用的擴(kuò)展，逐漸發(fā)現(xiàn)了總線型拓?fù)涞娜秉c(diǎn)，比如：

● 如果節(jié)點(diǎn)數(shù)較多，總線線纜變長(zhǎng)，會(huì)影響總線傳輸；

● 支線長(zhǎng)度不能過(guò)長(zhǎng)。

二、星型拓?fù)?/p>

圖2 星型拓?fù)?/p>

如圖2所示，我們可以看到星型拓?fù)涞奶攸c(diǎn)就是每個(gè)分支都基本等長(zhǎng)，在完全等長(zhǎng)情況下，可不使用集線器設(shè)備，調(diào)整終端電阻即可實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)（R=n×60歐姆；R：每個(gè)分支的終端電阻；n：分支數(shù)量）。如果各分支線路長(zhǎng)度不同，就需要使用集線器對(duì)通訊進(jìn)行控制，保證數(shù)據(jù)的穩(wěn)定傳輸。

這種拓?fù)浞绞降膬?yōu)點(diǎn)是：

● 在進(jìn)行節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展時(shí)較為方便；

● 可以縮減總線應(yīng)用場(chǎng)景的使用面積。

● 然而這種拓?fù)浞绞降娜秉c(diǎn)也很明顯，例如：

● 中央設(shè)備失敗會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)癱瘓；

● 分支不等長(zhǎng)時(shí)阻抗匹配復(fù)雜;

● 還需要增加集線器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞指睢?/p>

三、樹狀拓?fù)?/p>

圖3 樹狀拓?fù)?/p>

樹狀拓?fù)涞奶攸c(diǎn)是分支較長(zhǎng)并且長(zhǎng)度不同，如圖3所示，可以看到由于各支線長(zhǎng)度不同阻抗匹配困難，常使用集線器和中繼器進(jìn)行分支。這些設(shè)備每路都具備獨(dú)立的CAN控制器，所以可以將每段形成獨(dú)立的直線拓?fù)?，方便施工?/p>

這種拓?fù)浞绞降膬?yōu)點(diǎn)是：

● 布線施工方便；

● 最大限度縮短布線距離。

然而這種拓?fù)浞绞降娜秉c(diǎn)也很明顯，例如：

● 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋸?fù)雜，施工人員無(wú)法進(jìn)行阻抗匹配；

● 須增加集線器或者中繼器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞指睢?/p>

圖4 樹狀拓?fù)鋺?yīng)用

如圖4所示，就是一個(gè)樹狀拓?fù)涞膽?yīng)用模型，由于總體傳輸距離過(guò)長(zhǎng)，所以每隔五公里左右就要加一個(gè)中繼器，保證信號(hào)的傳輸質(zhì)量，在各個(gè)子網(wǎng)節(jié)點(diǎn)通過(guò)CANbridge連接，子網(wǎng)中的各節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)通過(guò)CANbridge進(jìn)行收發(fā)與過(guò)濾，這樣就完成了整體網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)。

四、環(huán)形拓?fù)?/p>

圖5 環(huán)形拓?fù)?/p>

環(huán)形拓?fù)涫菍AN總線首尾相接，形成環(huán)狀，保證線纜任意位置斷開(kāi)，依然可以保證通訊。如圖5所以，可以看到由于是環(huán)狀結(jié)構(gòu)，所以在終端電阻匹配方面采用分布式匹配方法，保證總體阻抗為60歐姆。

公式：R=120Ω，Rct1=Rct10=300Ω，Rct2~Rct9=5k

這種拓?fù)浞绞降膬?yōu)點(diǎn)是：在線纜任意位置斷開(kāi)后，總線依然可以通訊。

缺點(diǎn)為：斷線后，信號(hào)反射嚴(yán)重，無(wú)法應(yīng)用于高波特率和遠(yuǎn)距離場(chǎng)合。

五、總結(jié)

圖6?拓?fù)浞绞娇偨Y(jié)

如圖6所示是對(duì)于這四種主流的拓?fù)浞绞降目偨Y(jié)，在選擇網(wǎng)絡(luò)布局時(shí)，可以根據(jù)不同拓?fù)浞绞降膬?yōu)缺點(diǎn)來(lái)進(jìn)行取舍，快速完成選擇。

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