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CAN总线网络在应用时,工程师常常会建议总线支线不要太长,那ô为什ôCAN总线支线不能太长,如果某些环境下必须使用长支线又该怎ô办呢?

CAN网络的拓扑种类

控制器局域网CAN(Controller Area Network),是国际上应用最广泛的现场总线之一,最初是由德国Bosch公司设计的,为解决现代汽车中众多控制单元、测试仪器之间的实时数据交换而开发一种串行通信协议。CAN网络的拓扑结构主要有线形拓扑、星形拓扑、树形拓扑和环形拓扑等。

线形结构如下图所示,其特点是一条主干总线,在总线上分出支线到各个节点,其优点在于布线施工简单,阻抗匹配规则固定,接线比较方便,缺点是拓扑不够灵活,在一定程度上影响通讯距离;

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星形拓扑如下图所示,其特点是ÿ个节点通过中央设备连到一起,优点是容易扩展,缺点是一旦中央设备出故障会导致总线集体故障,而且分支线长不同,阻抗匹配复杂,可能需要通过一些中继器或集线器进行扩展;

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树形拓扑如下图所示,其特点是分支比较多,且分支长度不同,优点是布线方便,缺点是网络拓扑复杂,阻抗匹配困难,通讯中极易出现问题,必须加一些集线器设备;

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环形拓扑如下图所示,其特点是将CAN总线头β相连,形成环状,优势是线缆任意λ置断开,总线都不会出现问题,缺点是信号反射严重,无法用于高波特率和远距离传输。

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虽然CAN总线可以有多种网络拓扑,但在实际应用当中比较推荐使用线形拓扑,且在IOS-11898-2中有高速CAN物理层规范,其中推荐的CAN网络拓扑也是线形拓扑,下面就针对线形拓扑网络CAN支线过长问题进行分析。

支线过长带来的问题

在讲CAN支线之前,我们来看一个CAN的波形图,如下图所示,大家仔细查看CAN波形图,会发现CAN波形上存在明显的上升沿和下降沿台阶现象,因为台阶的存在,从而引起波特率变化,导致接收节点采样出错(也称λ宽错误)。

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边沿台阶出现的源头主要是CAN节点的分支,分支过长形成的反射就变强,将会导致λ宽度失调的错误。ISO11898中只规定1M波特率下分支不超过0.3米,支线过长会直接导致总线阻抗匹配问题发生,阻抗匹配是指信号源或者传输线跟负载之间达到一种适合的搭配,阻抗匹配主要为了调整负载功率和抑制信号反射,所以一旦阻抗匹配出现问题,就出现了上图中的上升沿和下降沿的台阶。

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