随着 CAN 总线的应用越来越广泛,工程师在面对各种不同工况下,如何选择合适的网络拓扑方式就变成了一个让人头疼的问题。这篇文章会介绍主流的几种总线拓扑方式,可以帮您快速了解如何选择。
 
一、直线型拓扑
 
图 1 直线型拓扑
 
直线型拓扑也叫总线型拓扑,如图 1 所示,所有的节点都接到同一总线上,总线上任意节点发送信息,其他节点都能正常接收。
 
它的优势包括:
 
- 布线施工简单;
 
- 阻抗匹配固定规则(首尾各 1 个 120 欧电阻匹配);
 
- 接线操作简单方便。
 
由于这些优势,在很多领域里都获得了广泛应用,可以满足大多数领域的应用要求,但是随着行业应用的扩展,逐渐发现了总线型拓扑的缺点,比如:
 
- 如果节点数较多,总线线缆变长,会影响总线传输;
 
- 支线长度不能过长。
 
二、星型拓扑
 我们可以看到星型拓扑的特点就是每个分支都基本等长,在完全等长情况下,可不使用集线器设备,调整终端电阻即可实现组网(R=n×60 欧姆;R:每个分支的终端电阻;n:分支数量)。如果各分支线路长度不同,就需要使用集线器对通讯进行控制,保证数据的稳定传输。
 
这种拓扑方式的优点是:
 
- 在进行节点扩展时较为方便;
 
- 可以缩减总线应用场景的使用面积。
 
然而这种拓扑方式的缺点也很明显,例如:
 
- 中央设备失败会导致网络瘫痪;
 
- 分支不等长时阻抗匹配复杂;
 
- 还需要增加集线器进行网络拓扑分割。
 
三、树状拓扑
 
图 3 树状拓扑
 
树状拓扑的特点是分支较长并且长度不同,如图 3 所示,可以看到由于各支线长度不同阻抗匹配困难,常使用集线器和中继器进行分支。这些设备每路都具备独立的 CAN 控制器,所以可以将每段形成独立的直线拓扑,方便施工。
 
这种拓扑方式的优点是:
 
- 布线施工方便;
 
- 最大限度缩短布线距离。
 
然而这种拓扑方式的缺点也很明显,例如:
 
- 网络拓扑复杂,施工人员无法进行阻抗匹配;
 
- 须增加集线器或者中继器进行网络拓扑分割。
 
图 4 树状拓扑应用
 
如图 4 所示,就是一个树状拓扑的应用模型,由于总体传输距离过长,所以每隔五公里左右就要加一个中继器,保证信号的传输质量,在各个子网节点通过 CANbridge 连接,子网中的各节点数据通过 CANbridge 进行收发与过滤,这样就完成了整体网络的组网。
 
图 5 环形拓扑
 
四、环形拓扑
环形拓扑是将 CAN 总线首尾相接,形成环状,保证线缆任意位置断开,依然可以保证通讯。如图 5 所以,可以看到由于是环状结构,所以在终端电阻匹配方面采用分布式匹配方法,保证总体阻抗为 60 欧姆。
 
公式:R=120Ω,Rct1=Rct10=300Ω,Rct2~Rct9=5k
 
这种拓扑方式的优缺点是:
 
- 优点:在线缆任意位置断开后,总线依然可以通讯。
 
- 缺点:断线后,信号反射严重,无法应用于高波特率和远距离场合。
 
总结
 
图 6 拓扑方式总结
 
如图 6 所示是对于这四种主流的拓扑方式的总结,在选择网络布局时,可以根据不同拓扑方式的优缺点来进行取舍,快速完成选择。