為什么CAN總線分支在0.3米內(nèi)是最可靠的？

線性拓?fù)涫荂AN總線布線規(guī)范中最為常見的，如果采用了線性拓?fù)渲械?ldquo;T”型分支連接，按規(guī)定分支長(zhǎng)度是不能大于0.3m的，需要更長(zhǎng)的分支應(yīng)該怎么辦呢?

一、CAN拓?fù)浞诸?/p>

CAN (控制器局域網(wǎng), controller area network)屬于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線的范疇，是一種有效支持分布式控制和實(shí)時(shí)控制的多主異步串行通信網(wǎng)絡(luò)。CAN網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)主要有線性拓?fù)?、星形拓?fù)?、樹狀拓?fù)浜铜h(huán)形拓?fù)?，這幾種拓?fù)涞慕Y(jié)構(gòu)的特點(diǎn)如圖1所示：

圖 1 CAN拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)

二、線性拓?fù)浣泳€方式

在IOS-11898-2中有高速CAN物理層規(guī)范，其中推薦CAN網(wǎng)絡(luò)采用總線形式的線性拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖2所示，線性拓?fù)銫AN網(wǎng)絡(luò)采用單一信道(總線)作為傳輸介質(zhì)，所有的站點(diǎn)通過相應(yīng)的硬件接口接到一條公共的總線上。線性拓?fù)渥杩蛊ヅ浔容^簡(jiǎn)單，只需要在主干的兩端并上合適的終端電阻即可(2km內(nèi)通常為120Ω)。

圖 2 線性拓?fù)?/p>

線性拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是CAN總線布線規(guī)范中最為常見的，線性拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，最常用的就是“手拉手”式的連接，如圖3所示。

圖 3 “手拉手”式連接

但是在絕大多數(shù)的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)、軌道機(jī)車中，由于整體線纜非常多，均需要使用接線排，以方便維護(hù)。所以會(huì)采用“T”型分支式連接，如圖4所示。

圖 4 “T”型連接

三、“T”型連接分支約束

T型接線方式會(huì)存在由于分支長(zhǎng)度以及分支長(zhǎng)度的積累造成阻抗的不連續(xù)，因而接頭處產(chǎn)生信號(hào)“反射”的現(xiàn)象。反射的信號(hào)量由瞬態(tài)阻抗的變化量決定，變化量越大，反射就越嚴(yán)重。分支處產(chǎn)生的是負(fù)相反射，引起信號(hào)電平下沖，這種下沖可能會(huì)超過噪聲容限，造成誤觸發(fā)。為了避免這種情況發(fā)生，希望反射波盡快回到源端，也就是支線要盡可能短。

如圖5所示，在IOS-11898-2中規(guī)定分支長(zhǎng)度在1M波特率下不得大于0.3m，1M波特率是CAN的最高波特率，所以其他波特率時(shí)，分支長(zhǎng)度如果也遵循0.3m規(guī)范，則可以穩(wěn)定運(yùn)行。

圖 5 “T”型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋮?shù)

四、如何確定分支長(zhǎng)度

IOS 11898-2中分支長(zhǎng)度的規(guī)定是在1M波特率的條件下，有些場(chǎng)合或許無法做到很短的分支，根據(jù)不同波特率，分支長(zhǎng)度規(guī)范可以有適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。不同波特率下分支長(zhǎng)度可以達(dá)到多少?需要分析節(jié)點(diǎn)的信號(hào)質(zhì)量進(jìn)行評(píng)判，測(cè)量節(jié)點(diǎn)在不同分支長(zhǎng)度下的信號(hào)質(zhì)量，即可找到合適的分支長(zhǎng)度范圍。

如圖6所示，評(píng)估節(jié)點(diǎn)信號(hào)質(zhì)量需要測(cè)量節(jié)點(diǎn)CAN差分信號(hào)的最小電壓幅值、最大電壓幅值、信號(hào)幅值、波形上升沿時(shí)間、波形下降沿時(shí)間、信號(hào)時(shí)間等進(jìn)行綜合評(píng)分，具體參數(shù)指標(biāo)在ISO 11898-2中有詳細(xì)規(guī)定。

圖 6 信號(hào)質(zhì)量參數(shù)

信號(hào)質(zhì)量評(píng)估沒有專業(yè)的工具顯然是件麻煩的事情，想要快速評(píng)判節(jié)點(diǎn)的信號(hào)質(zhì)量，可以使用CANScope的信號(hào)質(zhì)量分析插件一鍵分析。分析插件通過分析每個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)發(fā)出的波形，自動(dòng)對(duì)其進(jìn)行綜合評(píng)分，然后通過柱狀圖來直觀顯示出每個(gè)CAN 幀ID 的信號(hào)質(zhì)量(如圖7所示)，從而獲得每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的信號(hào)質(zhì)量，定量評(píng)價(jià)節(jié)點(diǎn)的物理層質(zhì)量。

圖 7 信號(hào)質(zhì)量柱狀圖