can總線的9條特點（關於CAN總線你會用了嗎）

2023-05-19 12:18:25

CAN總線網絡在應用時，工程師常常會建議總線支線不要太長，那麼為什麼CAN總線支線不能太長，如果某些環境下必須使用長支線又該怎麼辦呢？

控制器區域網CAN（Controller Area Network），是國際上應用最廣泛的現場總線之一，最初是由德國Bosch公司設計的，為解決現代汽車中眾多控制單元、測試儀器之間的實時數據交換而開發一種串行通信協議。CAN網絡的拓撲結構主要有線形拓撲、星形拓撲、樹形拓撲和環形拓撲等。

1、線形拓撲

線形結構如下圖所示，其特點是一條主幹總線，在總線上分出支線到各個節點，其優點在於布線施工簡單，阻抗匹配規則固定，接線比較方便，缺點是拓撲不夠靈活，在一定程度上影響通訊距離；

2、星形拓撲

星形拓撲如下圖所示，其特點是每個節點通過中央設備連到一起，優點是容易擴展，缺點是一旦中央設備出故障會導致總線集體故障，而且分支線長不同，阻抗匹配複雜，可能需要通過一些中繼器或集線器進行擴展；

3、樹形拓撲

樹形拓撲如下圖所示，其特點是分支比較多，且分支長度不同，優點是布線方便，缺點是網絡拓撲複雜，阻抗匹配困難，通訊中極易出現問題，必須加一些集線器設備；

4、環形拓撲

環形拓撲如下圖所示，其特點是將CAN總線頭尾相連，形成環狀，優勢是線纜任意位置斷開，總線都不會出現問題，缺點是信號反射嚴重，無法用於高波特率和遠距離傳輸。

雖然CAN總線可以有多種網絡拓撲，但在實際應用當中比較推薦使用線形拓撲，且在IOS－11898－2中有高速CAN物理層規範，其中推薦的CAN網絡拓撲也是線形拓撲，下面就針對線形拓撲網絡CAN支線過長問題進行分析。

在講CAN支線之前，我們來看一個CAN的波形圖，如下圖所示，大家仔細查看CAN波形圖，會發現CAN波形上存在明顯的上升沿和下降沿臺階現象，因為臺階的存在，從而引起波特率變化，導致接收節點採樣出錯（也稱位寬錯誤）。

邊沿臺階出現的源頭主要是CAN節點的分支，分支過長形成的反射就變強，將會導致位寬度失調的錯誤。ISO11898中只規定1M波特率下分支不超過0．3米，支線過長會直接導致總線阻抗匹配問題發生，阻抗匹配是指信號源或者傳輸線跟負載之間達到一種適合的搭配，阻抗匹配主要為了調整負載功率和抑制信號反射，所以一旦阻抗匹配出現問題，就出現了上圖中的上升沿和下降沿的臺階。

如果我們的總線存在支線過長的問題，那麼該怎麼辦呢？我們下面提供幾種解決方案：

1、減小分支長度

在CAN網絡布局的根源上解決問題的方式就是減少CAN節點的分支長度，從而降低信號反射，保證位寬的穩定性。如上圖波形實驗中，其它條件不變，只將分支長度減少為20cm，此時並沒有看到邊沿臺階的出現。由此可見，減少分支長度是消除邊沿臺階的最直接方式。

2、長分支上加適當電阻

在網絡布局無法改變，分支引起的信號反射必須存在的情況下。最實用的方法就是在長分支末端加上電阻，消除信號反射。同樣的在上述實驗中，在分支節點處加上一個200Ω的電阻，其它條件不變進行通信實驗。下圖為實驗的CAN波形圖，此時可以看到邊沿臺階已被消減，但是加了電阻之後差分電壓變小，注意差分電壓不得小於0．9V。這裡值得一提的是：阻值大於500Ω的電阻吸收反射的能力很弱，所以在末端掛電阻的時候應小於500Ω。

3、增加CAN中繼器或集線器

當然很多場合是在出現了問題之後才發現支線過長，當重新布線或更改節點本身都無法操作的情況下，我們也有解決方案，那就是在過長的支線上增加CAN中繼器，典型的如致遠電子CANBridge，甚至可以支持不同波特率的CAN網絡的連接。

所以無論是標準規定，還是現場實際應用，都告訴我們要保證CAN總線網絡良好運行，其支線長度不能過長，為了CAN保證CAN網絡的健康，請大家一定要規範使用。