CAN總線(xiàn)的拓撲如何設計最安全？

一、直線(xiàn)型拓撲

圖1   直線(xiàn)型拓撲

直線(xiàn)型拓撲也叫總線(xiàn)型拓撲，如圖1所示，所有的節點(diǎn)都接到同一總線(xiàn)上，總線(xiàn)上任意節點(diǎn)發(fā)送信息，其他節點(diǎn)都能正常接收。

它的優(yōu)勢包括：

布線(xiàn)施工簡(jiǎn)單；

阻抗匹配固定規則（首尾各1個(gè)120歐電阻匹配）；

接線(xiàn)操作簡(jiǎn)單方便；

由于這些優(yōu)勢，在很多領(lǐng)域里都獲得了廣泛應用，可以滿(mǎn)足大多數領(lǐng)域的應用要求，但是隨著(zhù)行業(yè)應用的擴展，逐漸發(fā)現了總線(xiàn)型拓撲的缺點(diǎn)，比如：

如果節點(diǎn)數較多，總線(xiàn)線(xiàn)纜變長(cháng)，會(huì )影響總線(xiàn)傳輸；

支線(xiàn)長(cháng)度不能過(guò)長(cháng)。

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(diǎn)就是每個(gè)分支都基本等長(cháng)，在完全等長(cháng)情況下，可不使用集線(xiàn)器設備，調整終端電阻即可實(shí)現組網(wǎng)（R=n×60歐姆；R:每個(gè)分支的終端電阻；n:分支數量）。如果各分支線(xiàn)路長(cháng)度不同，就需要使用集線(xiàn)器對通訊進(jìn)行控制，保證數據的穩定傳輸。

這種拓撲方式的優(yōu)點(diǎn)是：

在進(jìn)行節點(diǎn)擴展時(shí)較為方便；

可以縮減總線(xiàn)應用場(chǎng)景的使用面積。

然而這種拓撲方式的缺點(diǎn)也很明顯，例如：

中央設備失敗會(huì )導致網(wǎng)絡(luò )癱瘓；

分支不等長(cháng)時(shí)阻抗匹配復雜;

還需要增加集線(xiàn)器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )拓撲分割.

三、樹(shù)狀拓撲

圖3   樹(shù)狀拓撲

樹(shù)狀拓撲的特點(diǎn)是分支較長(cháng)并且長(cháng)度不同，如圖3所示，可以看到由于各支線(xiàn)長(cháng)度不同阻抗匹配困難，常使用集線(xiàn)器和中繼器進(jìn)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(xiàn)拓撲，方便施工。

這種拓撲方式的優(yōu)點(diǎn)是：

布線(xiàn)施工方便；

最大限度縮短布線(xiàn)距離。

然而這種拓撲方式的缺點(diǎn)也很明顯，例如：

網(wǎng)絡(luò )拓撲復雜，施工人員無(wú)法進(jìn)行阻抗匹配；

須增加集線(xiàn)器或者中繼器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )拓撲分割。

圖4   樹(shù)狀拓撲應用

如圖4所示，就是一個(gè)樹(shù)狀拓撲的應用模型，由于總體傳輸距離過(guò)長(cháng)，所以每隔五公里左右就要加一個(gè)中繼器，保證信號的傳輸質(zhì)量，在各個(gè)子網(wǎng)節點(diǎn)通過(guò)CANbridge連接，子網(wǎng)中的各節點(diǎn)數據通過(guò)CANbridge進(jìn)行收發(fā)與過(guò)濾，這樣就完成了整體網(wǎng)絡(luò )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(xiàn)首尾相接，形成環(huán)狀，保證線(xiàn)纜任意位置斷開(kāi)，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(diǎn)是：在線(xiàn)纜任意位置斷開(kāi)后，總線(xiàn)依然可以通訊。

缺點(diǎn)為：斷線(xiàn)后，信號反射嚴重，無(wú)法應用于高波特率和遠距離場(chǎng)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(luò )布局時(shí)，可以根據不同拓撲方式的優(yōu)缺點(diǎn)來(lái)進(jìn)行取舍，快速完成選擇。