《電子技術(shù)應(yīng)用》
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CAN總線的拓?fù)淙绾卧O(shè)計最安全？

2019-06-26

　　摘要：隨著CAN總線的應(yīng)用越來越廣泛，工程師在面對各種不同工況下，如何選擇合適的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/a>方式就變成了一個讓人頭疼的問題。這里介紹主流的幾種總線拓?fù)浞绞剑梢詭湍瓿煽焖倭私膺M(jìn)行選擇。
　　一、直線型拓?fù)?/p>

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　　                     圖1   直線型拓?fù)?br/>　　直線型拓?fù)湟步锌偩€型拓?fù)洌鐖D1所示，所有的節(jié)點都接到同一總線上，總線上任意節(jié)點發(fā)送信息，其他節(jié)點都能正常接收。
　　它的優(yōu)勢包括：
　　l布線施工簡單；
　　l阻抗匹配固定規(guī)則（首尾各1個120歐電阻匹配）；
　　l接線操作簡單方便；
　　l由于這些優(yōu)勢，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，比如：
　　l如果節(jié)點數(shù)較多，總線線纜變長，會影響總線傳輸；
　　l支線長度不能過長。
　　二、星型拓?fù)?/p>

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　　                                  圖2   星型拓?fù)?/a>
　　如圖2所示，我們可以看到星型拓?fù)涞奶攸c就是每個分支都基本等長，在完全等長情況下，可不使用集線器設(shè)備，調(diào)整終端電阻即可實現(xiàn)組網(wǎng)（R=n×60歐姆；R:每個分支的終端電阻；n:分支數(shù)量）。如果各分支線路長度不同，就需要使用集線器對通訊進(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)點是：
　　l在進(jìn)行節(jié)點擴(kuò)展時較為方便；
　　l可以縮減總線應(yīng)用場景的使用面積。
　　l然而這種拓?fù)浞绞降娜秉c也很明顯，例如：
　　l中央設(shè)備失敗會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)癱瘓；
　　l分支不等長時阻抗匹配復(fù)雜;
　　l還需要增加集線器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞指?
　　三、樹狀拓?fù)?/p>

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　　                                       圖3   樹狀拓?fù)?br/>　　樹狀拓?fù)涞奶攸c是分支較長并且長度不同，如圖3所示，可以看到由于各支線長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)備每路都具備獨立的CAN控制器，所以可以將每段形成獨立的直線拓?fù)洌奖闶┕ぁ?br/>　　這種拓?fù)浞绞降膬?yōu)點是：
　　l布線施工方便；
　　l最大限度縮短布線距離。
　　然而這種拓?fù)浞绞降娜秉c也很明顯，例如：
　　l網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋸?fù)雜，施工人員無法進(jìn)行阻抗匹配；
　　l須增加集線器或者中繼器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞指睢?/p>

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　                                       　圖4   樹狀拓?fù)鋺?yīng)用
　　如圖4所示，就是一個樹狀拓?fù)涞膽?yīng)用模型，由于總體傳輸距離過長，所以每隔五公里左右就要加一個中繼器，保證信號的傳輸質(zhì)量，在各個子網(wǎng)節(jié)點通過CANbridge連接，子網(wǎng)中的各節(jié)點數(shù)據(jù)通過CANbridge進(jìn)行收發(fā)與過濾，這樣就完成了整體網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)。
　　四、環(huán)形拓?fù)?/p>

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　　圖5   環(huán)形拓?fù)?/a>
　　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，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)點是：在線纜任意位置斷開后，總線依然可以通訊。
　　缺點為：斷線后，信號反射嚴(yán)重，無法應(yīng)用于高波特率和遠(yuǎn)距離場合。
　　五、總結(jié)

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　　圖6   拓?fù)浞绞娇偨Y(jié)
　　如圖6所示是對于這四種主流的拓?fù)浞绞降目偨Y(jié)，在選擇網(wǎng)絡(luò)布局時，可以根據(jù)不同拓?fù)浞绞降膬?yōu)缺點來進(jìn)行取舍，快速完成選擇。


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