為什么CAN總線(xiàn)分支在0.3米內是最可靠的？

　　線(xiàn)性拓撲是CAN總線(xiàn)布線(xiàn)規范中最為常見(jiàn)的，如果采用了線(xiàn)性拓撲中的“T”型分支連接，按規定分支長(cháng)度是不能大于0.3m的，需要更長(cháng)的分支應該怎么辦呢?

　　一、CAN拓撲分類(lèi)

　　CAN (控制器局域網(wǎng), controller area network)屬于工業(yè)現場(chǎng)總線(xiàn)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 )的拓撲結構主要有線(xiàn)性拓撲、星形拓撲、樹(shù)狀拓撲和環(huán)形拓撲，這幾種拓撲的結構的特點(diǎn)如圖1所示：

　　圖 1 CAN拓撲結構特點(diǎn)

　　二、線(xiàn)性拓撲接線(xiàn)方式

　　在IOS-11898-2中有高速CAN物理層規范，其中推薦CAN網(wǎng)絡(luò )采用總線(xiàn)形式的線(xiàn)性拓撲結構，如圖2所示，線(xiàn)性拓撲CAN網(wǎng)絡(luò )采用單一信道(總線(xiàn))作為傳輸介質(zhì)，所有的站點(diǎn)通過(guò)相應的硬件接口接到一條公共的總線(xiàn)上。線(xiàn)性拓撲阻抗匹配比較簡(jiǎn)單，只需要在主干的兩端并上合適的終端電阻即可(2km內通常為120Ω)。

　　圖 2 線(xiàn)性拓撲

　　線(xiàn)性拓撲結構是CAN總線(xiàn)布線(xiàn)規范中最為常見(jiàn)的，線(xiàn)性拓撲結構中，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

　　但是在絕大多數的工業(yè)現場(chǎng)、軌道機車(chē)中，由于整體線(xiàn)纜非常多，均需要使用接線(xiàn)排，以方便維護。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(xiàn)方式會(huì )存在由于分支長(cháng)度以及分支長(cháng)度的積累造成阻抗的不連續，因而接頭處產(chǎn)生信號“反射”的現象。反射的信號量由瞬態(tài)阻抗的變化量決定，變化量越大，反射就越嚴重。分支處產(chǎn)生的是負相反射，引起信號電平下沖，這種下沖可能會(huì )超過(guò)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(xiàn)要盡可能短。

　　如圖5所示，在IOS-11898-2中規定分支長(cháng)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(cháng)度如果也遵循0.3m規范，則可以穩定運行。

　　圖 5 “T”型網(wǎng)絡(luò )拓撲參數

　　四、如何確定分支長(cháng)度

　　IOS 11898-2中分支長(cháng)度的規定是在1M波特率的條件下，有些場(chǎng)合或許無(wú)法做到很短的分支，根據不同波特率，分支長(cháng)度規范可以有適當的調整。不同波特率下分支長(cháng)度可以達到多少?需要分析節點(diǎn)的信號質(zhì)量進(jìn)行評判，測量節點(diǎn)在不同分支長(cháng)度下的信號質(zhì)量，即可找到合適的分支長(cháng)度范圍。

　　如圖6所示，評估節點(diǎn)信號質(zhì)量需要測量節點(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，具體參數指標在ISO 11898-2中有詳細規定。

　　圖 6 信號質(zhì)量參數

　　信號質(zhì)量評估沒(méi)有專(zhuān)業(yè)的工具顯然是件麻煩的事情，想要快速評判節點(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(guò)分析每個(gè)CAN節點(diǎn)發(fā)出的波形，自動(dòng)對其進(jìn)行綜合評分，然后通過(guò)柱狀圖來(lái)直觀(guān)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)節點(diǎn)的信號質(zhì)量，定量評價(jià)節點(diǎn)的物理層質(zhì)量。

　　圖 7 信號質(zhì)量柱狀圖