一種基於光纖的can節點互聯裝置的製作方法

2023-05-29 12:11:01 2

專利名稱：一種基於光纖的can節點互聯裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種網絡互聯裝置，尤其是涉及一種基於光纖的CAN兩節點或者兩個 節點以上的多節點互聯裝置，可以廣泛地用於汽車電子、樓宇自動化、工業網絡等領域。
背景技術：
CAN (Controller Area Network，控制器局部網)總線網絡是BOSCH公司為現代汽 車應用領先推出的一種多主機局部網，由於其高性能、高可靠性、實時性等優點現已廣泛應 用於工業自動化、多種控制設備、交通工具、醫療儀器以及建築、環境控制等眾多部門。CAN 網絡作為一種成熟的網絡接口已廣泛應用於汽車電子、樓宇自動化、工業網絡等領域。CAN 總線可以採用雙絞線、同軸電纜或光纖作為傳輸介質，它的直接通訊距離最遠可達10km，通 訊速率可高達IMbps(此時通訊距離為40m)；總線上可以掛設備數主要取決於總線驅動電 路，最多可達110個。現在常用的介質多為雙絞線介質，在實際應用場合可能由於總線驅 動能力，幹擾等原因，電纜方案有些力不從心，光纖介質不實為一種特殊工作環境的替代方 案。現有技術的CAN網絡接口主要採用電纜作為傳輸介質，CAN控制晶片信號經專用 接口晶片處理後，通過電纜與別的節點實現互聯。傳統的光纖CAN接口方案在2個節點互 聯時有局限性，多節點光纖組網幾乎不可行。在強幹擾的場合也有通過光纖實現節點互聯 的應用，如圖1所示。節點1的CANTX與CANRX通過傳送介質(即把光纖作為光耦使用)與 另一端光纖接口板相連，經過光纖接口板處理後，由專用接口晶片接口，得到CANH，CANL信 號，再與另一個節點2實現組網，從而實現節點1與節點2間電氣隔離。此方案設計了一專 用光纖接口板，在點對點CAN網絡光纖接口設計時顯得有些多餘。同時在採用電纜進行多 節點互聯時，可能因線纜太長，阻抗等問題，造成節點不能可靠工作。擬採用前面描述的光 纖方案，使全部節點通過光纖互聯。如圖2所示的是一種現有技術多控制器區域網總線式光纖網的故障錄波及數據 採集系統組成結構示意圖。此方案採用前述現有技術實施方式描述的光纖接口板方案。圖 中用實線框部分為第ι節提到的光纖接口板。圖1方案中光纖節點的CANTX信號經過光 纖輸出到光纖接口板，經光纖接口板處理後得到CANTX，再專用接口晶片處理處得到CANH， CANL信號，以及回送的CANRX信號。相應的輸入CANRX處理過程為上面的逆過程。我們可 以將上面的光纖傳輸看做CANTX，CANRX電平信號通過光纖傳輸。在以上方案中，要實現多 點光纖互聯，則各節點必須按圖1所示的方案設計節點電路，光纖接口板電路，按圖1所示 的方式連接。然後，多個光纖接口板輸出CANH，CANL再互聯，如圖3所示。由以上分析，現 有技術存在如下問題多節點互聯需設計專用的光纖接口板，且較複雜。

發明內容
本發明提供一種基於光纖的CAN節點互聯裝置，該裝置無需設計專用的光纖接口 板，在不同的節點電路板設計時採用相同的接口電路，簡化了電路設計，提高了電路板通用，很方便地實現了多節點光纖互聯。本發明提供一種基於光纖的CAN節點互聯裝置的具體實施方式
，一種基於光纖的 CAN節點互聯裝置，包括節點1，節點2，光纖網絡，節點1和節點2為CAN網絡節點，節點 1和節點2之間通過光纖網絡進行連接，節點1包括第一電光轉換模塊、第一光電轉換模 塊、第一與門邏輯電路，節點2包括第二光電轉換模塊、第二電光轉換模塊、第二與門邏輯 電路，節點1的CANTXl信號端與第一電光轉換模塊相連，經過光纖網絡和第二光電轉換模 塊後與來自節點2的CANTX2反饋信號共同作為第二與門邏輯電路的輸入，第二與門邏輯電 路的輸出連接至節點2的CANRX2信號端；節點2的CANTX2信號端與第二電光轉換模塊相 連，並經過光纖網絡和第一光電轉換模塊後與來自節點1的CANTXl反饋信號共同作為第一 與門邏輯電路的輸入，第一與門邏輯電路的輸出連接至節點1的CANRXl信號端。作為本發明一種基於光纖的CAN節點互聯裝置進一步的實施方式，節點1包括第 一緩衝放大器，第一緩衝放大器連接於CANTXl信號端與第一電光轉換模塊之間。作為本發明一種基於光纖的CAN節點互聯裝置進一步的實施方式，節點2包括第 二緩衝放大器，第二緩衝放大器連接於CANTX2信號端與第二電光轉換模塊之間。作為本發明一種基於光纖的CAN節點互聯裝置進一步的實施方式，節點1為發送 狀態，節點2為接收狀態，當CANTXl信號端為0時，CANRXl信號端為0，CANRX2信號端為0， CANTX2信號端懸空，總線狀態為顯性；當CANTXl信號端為1時，CANRXl信號端為1，CANRX2 信號端為1，CANTX2信號端懸空，總線狀態為隱性。作為本發明一種基於光纖的CAN節點互聯裝置進一步的實施方式，節點2為發送 狀態，節點1為接收狀態，當CANTX2信號端為0時，CANRX2信號端為0，CANRXl信號端為0， CANTXl信號端懸空，總線狀態為顯性；當CANTX2信號端為1時，CANRX2信號端為1，CANRXl 信號端為1，CANTXl信號端懸空，總線狀態為隱性。本發明還提供一種應用於兩個以上CAN節點互聯的基於光纖的CAN節點互聯裝置 的具體實施方式
，一種基於光纖的CAN節點互聯裝置，包括n+l個節點和光纖接口板，其中 η大於1，η+1個節點之間通過光纖接口板進行連接，每個節點包括電光轉換模塊和光電轉 換模塊，電光轉換模塊連接CANTX信號端，光電轉換模塊連接CANRX信號端，光纖接口板包 括與門邏輯電路和光電轉換電路，與門邏輯電路)包括η+1個輸入端，光電轉換電路包括第 三光電轉換模塊，第四電光轉換模塊，第三電光轉換模塊，第四光電轉換模塊，其中任一個 節點的CANTX信號經過第一電光轉換模塊通過光纖傳輸與第三光電轉換模塊相連，第三光 電轉換模塊的輸出連接至與門邏輯電路的輸入端，與門邏輯電路的輸出端通過第三電光轉 換模塊和第一光電轉換模塊連接至該節點的CANRX信號端；其中另一個節點的CANTX信號 經過第二電光轉換模塊通過光纖傳輸與第四光電轉換模塊相連，第四光電轉換模塊的輸出 連接至與門邏輯電路的輸入端，與門邏輯電路的輸出端通過第四電光轉換模塊和第二光電 轉換模塊連接至該節點的CANRX信號端。作為本發明一種基於光纖的CAN節點互聯裝置應用於兩個以上CAN節點互聯進一 步的實施方式，在任一個節點的CANTX信號端與第一電光轉換模塊之間連接有第一緩衝放 大器。在另一個節點的CANTX信號端與第二電光轉換模塊之間連接有第二緩衝放大器。作為本發明一種基於光纖的CAN節點互聯裝置應用於兩個以上CAN節點互聯進一 步的實施方式，節點M為發送狀態，節點L為接收狀態，2 < M、L ( η+1,當節點M的CANTXM信號端為0時，CANRXM信號端為0，CANRXL信號端為0，CANTXL信號端懸空，總線狀態為顯 性；當CANTXM信號端為1時，CANRXM信號端為1，CANRXL信號端為1，CANTXL信號端懸空， 總線狀態為隱性。作為本發明一種基於光纖的CAN節點互聯裝置應用於兩個以上CAN節點互聯進一 步的實施方式，節點L為發送狀態，節點M為接收狀態，2 < M、L ( n+1,當節點L的CANTXL 信號端為0時，CANRXL信號端為0，CANRXM信號端為0，CANTXM信號端懸空，總線狀態為顯 性；當CANTXL信號端為1時，CANRXL信號端為1，CANRXM信號端為1，CANTXM信號端懸空， 總線狀態為隱性。通過應用本發明實施方式所描述的一種基於光纖的CAN節點互聯裝置，無需設計 專用的光纖接口板，在不同的節點電路板設計時採用相同的接口電路，在簡化了電路設計， 提高了電路板通用性的基礎之上，很方便地實現了多節點光纖互聯。同時採用光纖進行信 號傳輸，克服了現有技術在採用電纜進行多節點互聯時，因線纜太長，阻抗等問題，造成節 點不能可靠工作的技術問題。


為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現 有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以 根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1為一種現有技術2個CAN節點光纖接口設計方案的結構組成示意圖；圖2為一種現有技術採用光纖接口板方案進行兩個CAN節點互聯設計方案的結構組成 示意圖；圖3為一種現有技術多個CAN節點之間互聯組網裝置的結構組成示意圖； 圖4為一種現有技術CAN接口晶片的內部結構組成示意圖；圖5為本發明一種基於光纖的CAN節點互聯裝置在兩個CAN節點組網應用中的結構組 成示意圖；圖6為本發明一種基於光纖的CAN節點互聯裝置在n+1個CAN節點組網應用中的結構 組成示意圖；其中，1-節點1，2-節點2，3-光纖網絡，4-第一電光轉換模塊，5-第二光電轉換模塊， 6-第一光電轉換模塊，7-第二電光轉換模塊，8-第一與門邏輯電路，9-第二與門邏輯電路， 10"第一緩衝放大器，11-第二緩衝放大器，12-光纖接口板，13-光電轉換電路一，14-與門 邏輯電路，15-第三光電轉換模塊，16-第四電光轉換模塊，17-第三電光轉換模塊，18-第四 光電轉換模塊，19-節點3，20-節點4，21-光電轉換電路二，22-節點n，23-節點n+1，24-光 電轉換電路η。
具體實施例方式下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基 於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。作為本發明一種基於光纖的CAN節點互聯裝置的具體實施方式
，如圖5所示的一 種基於光纖的CAN節點互聯裝置，包括節點1，節點2，光纖網絡3，節點1和節點2為CAN 網絡節點，節點1和節點2之間通過光纖網絡進行連接，節點1包括第一電光轉換模塊、第 一光電轉換模塊、第一與門邏輯電路，節點2包括第二光電轉換模塊5、第二電光轉換模塊 7、第二與門邏輯電路9，節點1的CANTXl信號端與第一電光轉換模塊4相連，經過光纖網 絡3和第二光電轉換模塊5後與來自節點2的CANTX2反饋信號共同作為第二與門邏輯電 路9的輸入，第二與門邏輯電路9的輸出連接至節點2的CANRX2信號端；節點2的CANTX2 信號端與第二電光轉換模塊7相連，並經過光纖網絡3和第一光電轉換模塊6後與來自節 點1的CANTXl反饋信號共同作為第一與門邏輯電路8的輸入，第一與門邏輯電路8的輸出 連接至節點1的CANRXl信號端。為了進一步增強總線驅動能力，節點1進一步包括第一緩 衝放大器10，第一緩衝放大器10連接於CANTXl信號端與第一電光轉換模塊4之間。節點 2進一步包括第二緩衝放大器11，第二緩衝放大器11連接於CANTX2信號端與第二電光轉 換模塊7之間。本發明的具體實施方式
擬結合CAN規範，在電路板上模擬CAN接口晶片的控制邏 輯，實現CAN信號光纖傳播及多光纖節點組網。一種典型的CAN接口晶片的原理框圖如圖4 所示。採用電纜線及CAN接口晶片實現網絡互聯，當CANTX為0時，總線為顯性，CANTX為1 時，總線為隱性。顯性和隱性同時發送時，總線為顯性。在仲裁期間，發送節點對總線電平 進行監視，若發送和接收相同則繼續發送，因此CANRX要監控CANTX狀態。CAN接口晶片很 好地實現了信號回送地功能。T)(D，RXD, CANH, CANL信號對應表見表1。表1:
權利要求
1.一種基於光纖的CAN節點互聯裝置，其特徵在於包括節點1 (1)，節點2 (2)，光纖 網絡(3)，節點1 (1)和節點2 (2)為CAN網絡節點，節點1 (1)和節點2 (2)之間通過光 纖網絡(3)進行連接，節點1 (1)包括第一電光轉換模塊(4)、第一光電轉換模塊(6)、第一 與門邏輯電路(8)，節點2 (2)包括第二光電轉換模塊(5)、第二電光轉換模塊(7)、第二與 門邏輯電路(9);節點1 (1)的CANTXl信號端與第一電光轉換模塊(4)相連，經過光纖網絡(3)和第二 光電轉換模塊(5)後與來自節點2 (2)的CANTX2反饋信號共同作為第二與門邏輯電路(9) 的輸入，第二與門邏輯電路(9)的輸出連接至節點2 (2)的CANRX2信號端；節點2 (2)的 CANTX2信號端與第二電光轉換模塊(7)相連，並經過光纖網絡(3)和第一光電轉換模塊(6) 後與來自節點1 (1)的CANTXl反饋信號共同作為第一與門邏輯電路(8)的輸入，第一與門 邏輯電路(8)的輸出連接至節點1 (1)的CANRXl信號端。
2.根據權利要求1所述的一種基於光纖的CAN節點互聯裝置，其特徵在於所述的節 點1 (1)包括第一緩衝放大器(10)，第一緩衝放大器(10)連接於CANTXl信號端與第一電 光轉換模塊(4)之間。
3.根據權利要求1或2所述的一種基於光纖的CAN節點互聯裝置，其特徵在於所述 的節點2(2)包括第二緩衝放大器(11)，第二緩衝放大器(11)連接於CANTX2信號端與第 二電光轉換模塊(7)之間。
4.根據權利要求3所述的一種基於光纖的CAN節點互聯裝置，其特徵在於節點1(1) 為發送狀態，節點2 (2)為接收狀態，當CANTXl信號端為0時，CANRXl信號端為0，CANRX2 信號端為0，CANTX2信號端懸空，總線狀態為顯性；當CANTXl信號端為1時，CANRXl信號端 為1，CANRX2信號端為1，CANTX2信v號端懸空，總線狀態為隱性。
5.根據權利要求3所述的一種基於光纖的CAN節點互聯裝置，其特徵在於節點2(2) 為發送狀態，節點1(1)為接收狀態，當CANTX2信號端為0時，CANRX2信號端為0，CANRXl 信號端為0，CANTXl信號端懸空，總線狀態為顯性；當CANTX2信號端為1時，CANRX2信號端 為1，CANRXl信號端為1，CANTXl信號端懸空，總線狀態為隱性。
6.一種基於光纖的CAN節點互聯裝置，其特徵在於包括n+1個節點和光纖接口板 (12)，其中η大於1，n+1個節點之間通過光纖接口板(12)進行連接，每個節點包括電光轉 換模塊和光電轉換模塊，電光轉換模塊連接CANTX信號端，光電轉換模塊連接CANRX信號 端，光纖接口板(12)包括與門邏輯電路(14)和光電轉換電路，與門邏輯電路(14)包括n+1 個輸入端，光電轉換電路包括第三光電轉換模塊(15)，第四電光轉換模塊(16)，第三電光 轉換模塊(17)，第四光電轉換模塊(18)，其中任一個節點的CANTX信號經過第一電光轉換 模塊(4)通過光纖傳輸與第三光電轉換模塊(15)相連，第三光電轉換模塊(15)的輸出連接 至與門邏輯電路(14)的輸入端，與門邏輯電路(14)的輸出端通過第三電光轉換模塊(17) 和第一光電轉換模塊(6)連接至該節點的CANRX信號端；其中另一個節點的CANTX信號經 過第二電光轉換模塊(7)通過光纖傳輸與第四光電轉換模塊(18)相連，第四光電轉換模塊 (18)的輸出連接至與門邏輯電路(14)的輸入端，與門邏輯電路(14)的輸出端通過第四電 光轉換模塊(16)和第二光電轉換模塊(5)連接至該節點的CANRX信號端。
7.根據權利要求6所述的一種基於光纖的CAN節點互聯裝置，其特徵在於在所述節 點的CANTX信號端與第一電光轉換模塊(4)之間連接有第一緩衝放大器(10)。
8.根據權利要求6或7所述的一種基於光纖的CAN節點互聯裝置，其特徵在於在所 述另一個節點的CANTX信號端與第二電光轉換模塊(7)之間連接有第二緩衝放大器(11)。
9.根據權利要求8所述的一種基於光纖的CAN節點互聯裝置，其特徵在於節點M為 發送狀態，節點L為接收狀態，2 < M、L彡n+1,當節點M的CANTXM信號端為0時，CANRXM 信號端為0，CANRXL信號端為0，CANTXL信號端懸空，總線狀態為顯性；當CANTXM信號端為 1時，CANRXM信號端為1，CANRXL信號端為1，CANTXL信號端懸空，總線狀態為隱性。
10.根據權利要求8所述的一種基於光纖的CAN節點互聯裝置，其特徵在於節點L為 發送狀態，節點M為接收狀態，2 < M、L彡n+1,當節點L的CANTXL信號端為0時，CANRXL 信號端為0，CANRXM信號端為0，CANTXM信號端懸空，總線狀態為顯性；當CANTXL信號端為 1時，CANRXL信號端為1，CANRXM信號端為1，CANTXM信號端懸空，總線狀態為隱性。
全文摘要
本發明公開了一種基於光纖的CAN節點互聯裝置，包括節點1，節點2，光纖網絡，節點1和節點2通過光纖網絡連接。節點1CANTX1與第一電光轉換模塊相連，經過光纖網絡和第二光電轉換模塊後與來自節點2的CANTX2共同作為第二與門邏輯電路的輸入，第二與門邏輯電路輸出連接至節點2的CANRX2；節點2的CANTX2與第二電光轉換模塊相連，經過光纖網絡和第一光電轉換模塊後與來自節點1的CANTX1共同作為第一與門邏輯電路的輸入，第一與門邏輯電路輸出連接至節點1的CANRX1。通過實施本發明技術方案，無需設計專用光纖接口板，在不同節點設計時採用相同的接口電路，簡化了電路設計，提高了電路板通用性。
文檔編號H04B10/12GK102055634SQ20101058591
公開日2011年5月11日 申請日期2010年12月14日 優先權日2010年12月14日
發明者張斌斌, 楊洪波, 王徵宇, 陳建明 申請人:湖南南車時代電動汽車股份有限公司