如何設計出一個安全可靠的CAN總線拓撲

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(jié)點都接到同一總線上，總線上任意節(jié)點發(fā)送信息，其他節(jié)點都能正常接收。

它的優(yōu)勢包括：

● 布線施工簡單；

● 阻抗匹配固定規(guī)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(yōu)勢，在很多領域里都獲得了廣泛應用，可以滿足大多數(shù)領域的應用要求，但是隨著行業(yè)應用的擴展，逐漸發(fā)現(xiàn)了總線型拓撲的缺點，比如：

● 如果節(jié)點數(shù)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

圖2 星型拓撲

如圖2所示，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(xiàn)組網(wǎng)（R=n×60歐姆；R：每個分支的終端電阻；n：分支數(shù)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(shù)據(jù)的穩(wěn)定傳輸。

這種拓撲方式的優(yōu)點是：

● 在進行節(jié)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(wǎng)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(wǎng)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(yōu)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(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)節(jié)點通過CANbridge連接，子網(wǎng)中的各節(jié)點數(shù)據(jù)通過CANbridge進行收發(fā)與過濾，這樣就完成了整體網(wǎng)絡的組網(wǎng)。

四、環(huán)形拓撲

圖5 環(huán)形拓撲

環(huán)形拓撲是將CAN總線首尾相接，形成環(huán)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(huán)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(yōu)點是：在線纜任意位置斷開后，總線依然可以通訊。

缺點為：斷線后，信號反射嚴重，無法應用于高波特率和遠距離場合。

五、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(wǎng)絡布局時，可以根據(jù)不同拓撲方式的優(yōu)缺點來進行取舍，快速完成選擇。