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电子工程师必学技能:选择与设计安全的CAN总线拓扑

2019-8-23 07:00:00  385 电子工程师 can总线
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随着CAN总线的应用越来越广泛,工程师在面对各种不同工况下,如何选择合适的网络拓扑方式就变成了一个让人头疼的问题。这里介绍主流的几种总线拓扑方式,可以帮您完成快速了解进行选择。


一、直线型拓扑


图1   直线型拓扑

直线型拓扑也叫总线型拓扑,如图1所示,所有的节点都接到同一总线上,总线上任意节点发送信息,其他节点都能正常接收。

它的优势包括:
●  布线施工简单;
●  阻抗匹配固定规则(首尾各1个120欧电阻匹配);
●  接线操作简单方便;
● 由于这些优势,在很多领域里都获得了广泛应用,可以满足大多数领域的应用要求,但是随着行业应用的扩展,逐渐发现了总线型拓扑的缺点,比如:
● 如果节点数较多,总线线缆变长,会影响总线传输
● 支线长度不能过长。

二、星型拓扑


图2   星型拓扑

如图2所示,我们可以看到星型拓扑的特点就是每个分支都基本等长,在完全等长情况下,可不使用集线器设备,调整终端电阻即可实现组网(R=n×60欧姆;R:每个分支的终端电阻;n:分支数量)。如果各分支线路长度不同,就需要使用集线器对通讯进行控制,保证数据的稳定传输。

这种拓扑方式的优点是:
●  在进行节点扩展时较为方便;
●  可以缩减总线应用场景的使用面积。
●  然而这种拓扑方式的缺点也很明显,例如:
●  中央设备失败会导致网络瘫痪;
●  分支不等长时阻抗匹配复杂;
●  还需要增加集线器进行网络拓扑分割.

三、树状拓扑


图3   树状拓扑

树状拓扑的特点是分支较长并且长度不同,如图3所示,可以看到由于各支线长度不同阻抗匹配困难,常使用集线器和中继器进行分支。这些设备每路都具备独立的can控制器,所以可以将每段形成独立的直线拓扑,方便施工。

这种拓扑方式的优点是:
●  布线施工方便;
●  最大限度缩短布线距离。

然而这种拓扑方式的缺点也很明显,例如:
● 网络拓扑复杂,施工人员无法进行阻抗匹配;
●  须增加集线器或者中继器进行网络拓扑分割。


图4   树状拓扑应用

如图4所示,就是一个树状拓扑的应用模型,由于总体传输距离过长,所以每隔五公里左右就要加一个中继器,保证信号的传输质量,在各个子网节点通过CANbridge连接,子网中的各节点数据通过CANbridge进行收发与过滤,这样就完成了整体网络的组网。

四、环形拓扑


图5   环形拓扑

环形拓扑是将CAN总线首尾相接,形成环状,保证线缆任意位置断开,依然可以保证通讯。如图5所以,可以看到由于是环状结构,所以在终端电阻匹配方面采用分布式匹配方法,保证总体阻抗为60欧姆。

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

这种拓扑方式的优点是:在线缆任意位置断开后,总线依然可以通讯。
缺点为:断线后,信号反射严重,无法应用于高波特率和远距离场合。

五、总结


图6   拓扑方式总结

如图6所示是对于这四种主流的拓扑方式的总结,在选择网络布局时,可以根据不同拓扑方式的优缺点来进行取舍,快速完成选择。


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