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)定分支長度是不能大于0.3m的，需要更長的分支應(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、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型接線方式會存在由于分支長度以及分支長度的積累造成阻抗的不連續(xù)，因而接頭處產(chǎn)生信號“反射”的現(xiàn)象。反射的信號量由瞬態(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，引起信號電平下沖，這種下沖可能會超過噪聲容限，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、如何確定分支長度

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

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

圖 6 信號質(zhì)量參數(shù)

信號質(zhì)量評估沒有專業(yè)的工具顯然是件麻煩的事情，想要快速評判節(jié)點(diǎn)的信號質(zhì)量，可以使用CANScope的信號質(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，自動對其進(jìn)行綜合評分，然后通過柱狀圖來直觀顯示出每個(gè)CAN 幀ID 的信號質(zhì)量(如圖7所示)，從而獲得每一個(gè)節(jié)點(diǎn)的信號質(zhì)量，定量評價(jià)節(jié)點(diǎn)的物理層質(zhì)量。

圖 7 信號質(zhì)量柱狀圖