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CAN總線支線為什么不能太長 特殊環境下必須使用又怎么辦

工程師鄧生 ? 來源:ZLG致遠電子 ? 作者:ZLG致遠電子 ? 2020-01-16 17:10 ? 次閱讀

CAN總線網絡在應用時,工程師常常會建議總線支線不要太長,那么為什么CAN總線支線不能太長,如果某些環境下必須使用長支線又該怎么辦呢?

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。

線形結構如下圖所示,其特點是一條主干總線,在總線上分出支線到各個節點,其優點在于布線施工簡單,阻抗匹配規則固定,接線比較方便,缺點是拓撲不夠靈活,在一定程度上影響通訊距離;

CAN總線支線為什么不能太長 特殊環境下必須使用又怎么辦

星形拓撲如下圖所示,其特點是每個節點通過中央設備連到一起,優點是容易擴展,缺點是一旦中央設備出故障會導致總線集體故障,而且分支線長不同,阻抗匹配復雜,可能需要通過一些中繼器或集線器進行擴展;

樹形拓撲如下圖所示,其特點是分支比較多,且分支長度不同,優點是布線方便,缺點是網絡拓撲復雜,阻抗匹配困難,通訊中極易出現問題,必須加一些集線器設備;

環形拓撲如下圖所示,其特點是將CAN總線頭尾相連,形成環狀,優勢是線纜任意位置斷開,總線都不會出現問題,缺點是信號反射嚴重,無法用于高波特率和遠距離傳輸。

雖然CAN總線可以有多種網絡拓撲,但在實際應用當中比較推薦使用線形拓撲,且在IOS-11898-2中有高速CAN物理層規范,其中推薦的CAN網絡拓撲也是線形拓撲,下面就針對線形拓撲網絡CAN支線過長問題進行分析。

支線過長帶來的問題

在講CAN支線之前,我們來看一個CAN的波形圖,如下圖所示,大家仔細查看CAN波形圖,會發現CAN波形上存在明顯的上升沿和下降沿臺階現象,因為臺階的存在,從而引起波特率變化,導致接收節點采樣出錯(也稱位寬錯誤)。

邊沿臺階出現的源頭主要是CAN節點的分支,分支過長形成的反射就變強,將會導致位寬度失調的錯誤。ISO11898中只規定1M波特率下分支不超過0.3米,支線過長會直接導致總線阻抗匹配問題發生,阻抗匹配是指信號源或者傳輸線跟負載之間達到一種適合的搭配,阻抗匹配主要為了調整負載功率和抑制信號反射,所以一旦阻抗匹配出現問題,就出現了上圖中的上升沿和下降沿的臺階。

解決支線過長的辦法

如果我們的總線存在支線過長的問題,那么該怎么辦呢?我們下面提供幾種解決方案:

1、減小分支長度

在CAN網絡布局的根源上解決問題的方式就是減少CAN節點的分支長度,從而降低信號反射,保證位寬的穩定性。如上圖波形實驗中,其它條件不變,只將分支長度減少為20cm,此時并沒有看到邊沿臺階的出現。由此可見,減少分支長度是消除邊沿臺階的最直接方式。

2、長分支上加適當電阻

在網絡布局無法改變,分支引起的信號反射必須存在的情況下。最實用的方法就是在長分支末端加上電阻,消除信號反射。同樣的在上述實驗中,在分支節點處加上一個200Ω的電阻,其它條件不變進行通信實驗。下圖為實驗的CAN波形圖,此時可以看到邊沿臺階已被消減,但是加了電阻之后差分電壓變小,注意差分電壓不得小于0.9V。這里值得一提的是:阻值大于500Ω的電阻吸收反射的能力很弱,所以在末端掛電阻的時候應小于500Ω。

3、增加CAN中繼器或集線器

當然很多場合是在出現了問題之后才發現支線過長,當重新布線或更改節點本身都無法操作的情況下,我們也有解決方案,那就是在過長的支線上增加CAN中繼器,典型的如致遠電子CANBridge,甚至可以支持不同波特率的CAN網絡的連接。

責任編輯:wv

聲明:本文內容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網站授權轉載。文章觀點僅代表作者本人,不代表電子發燒友網立場。文章及其配圖僅供工程師學習之用,如有內容侵權或者其他違規問題,請聯系本站處理。 舉報投訴
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