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CAN總線主流的幾種拓撲方式應用與選擇

ECCN 2019-07-03 13:07:49

[導讀] 我們可以看到星型拓撲的特點就是每個分支都基本等長,在完全等長情況下,可不使用集線器設備,調整終端電阻即可實現組網(R=n×60歐姆;R:每個分支的終端電阻;n:分支數量)。如果各分支線路長度不同,就需要使用集線器對通訊進行控制,保證數據的穩定傳輸。

隨著CAN總線的應用越來越廣泛,工程師在面對各種不同工況下,如何選擇合適的網絡拓撲方式就變成了一個讓人頭疼的問題。這篇文章會介紹主流的幾種總線拓撲方式,可以幫您快速了解如何選擇。

 

一、直線型拓撲

 

圖1 直線型拓撲

 

直線型拓撲也叫總線型拓撲,如圖1所示,所有的節點都接到同一總線上,總線上任意節點發送信息,其他節點都能正常接收。

 

它的優勢包括:

 

- 布線施工簡單;

 

- 阻抗匹配固定規則(首尾各1個120歐電阻匹配);

 

- 接線操作簡單方便。

 

由于這些優勢,在很多領域里都獲得了廣泛應用,可以滿足大多數領域的應用要求,但是隨著行業應用的擴展,逐漸發現了總線型拓撲的缺點,比如:

 

- 如果節點數較多,總線線纜變長,會影響總線傳輸;

 

- 支線長度不能過長。

 

二、星型拓撲

我們可以看到星型拓撲的特點就是每個分支都基本等長,在完全等長情況下,可不使用集線器設備,調整終端電阻即可實現組網(R=n×60歐姆;R:每個分支的終端電阻;n:分支數量)。如果各分支線路長度不同,就需要使用集線器對通訊進行控制,保證數據的穩定傳輸。

 

這種拓撲方式的優點是:

 

- 在進行節點擴展時較為方便;

 

- 可以縮減總線應用場景的使用面積。

 

然而這種拓撲方式的缺點也很明顯,例如:

 

- 中央設備失敗會導致網絡癱瘓;

 

- 分支不等長時阻抗匹配復雜;

 

- 還需要增加集線器進行網絡拓撲分割。

 

三、樹狀拓撲

 

圖3 樹狀拓撲

 

樹狀拓撲的特點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行分支。這些設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撲,方便施工。

 

這種拓撲方式的優點是:

 

- 布線施工方便;

 

- 最大限度縮短布線距離。

 

然而這種拓撲方式的缺點也很明顯,例如:

 

- 網絡拓撲復雜,施工人員無法進行阻抗匹配;

 

- 須增加集線器或者中繼器進行網絡拓撲分割。

 

圖4 樹狀拓撲應用

 

如圖4所示,就是一個樹狀拓撲的應用模型,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,保證信號的傳輸質量,在各個子網節點通過CANbridge連接,子網中的各節點數據通過CANbridge進行收發與過濾,這樣就完成了整體網絡的組網。

 

圖5 環形拓撲

 

四、環形拓撲

環形拓撲是將CAN總線首尾相接,形成環狀,保證線纜任意位置斷開,依然可以保證通訊。如圖5所以,可以看到由于是環狀結構,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

 

這種拓撲方式的優缺點是:

 

- 優點:在線纜任意位置斷開后,總線依然可以通訊。

 

- 缺點:斷線后,信號反射嚴重,無法應用于高波特率和遠距離場合。

 

總結

 

圖6 拓撲方式總結

 

如圖6所示是對于這四種主流的拓撲方式的總結,在選擇網絡布局時,可以根據不同拓撲方式的優缺點來進行取舍,快速完成選擇。

 

[整理編輯:CK365測控網]
標簽:  CAN總線[2]    信號[2]    控制器[1]
 
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