随着CAN总线越来越广泛的应用,如何在各种工况下选择合适的网络拓扑成为工程师们头疼的问题。本文将介绍几种主流的总线拓扑结构,可以帮助你快速了解如何选择。
一、线性拓扑
图1线性拓扑
线性拓扑也称为总线拓扑。如图1所示,所有节点都连接到同一条总线上。总线上任何一个节点发送信息,其他节点都能正常接收。
其优点包括:
布线结构简单;
阻抗匹配的固定规则(开始时一个120欧姆电阻匹配,结束时一个电阻匹配);
接线操作简单方便。
由于这些优点,它在许多领域得到了广泛的应用,能够满足大多数领域的应用要求。然而,随着工业应用的扩展,总线拓扑的缺点也逐渐被发现,例如:
如果节点数量多,总线电缆会变长,影响总线传输;
支线长度不能太长。
二、星形拓扑
图2星形拓扑
如图2所示,我们可以看到星型拓扑的特点是每个分支的长度基本相等。在完全等长的情况下,不使用集线器设备,通过调节终端电阻就可以实现组网(R=n60欧姆;r:各支路的终端电阻;n:分支数)。如果每条支线的长度不一样,就需要用hub来控制通信,保证数据的稳定传输。
这种拓扑的优点是:
更便于节点扩展;
可以减少总线应用场景的使用面积。
然而,这种拓扑的缺点也很明显,例如:
中心设备故障会导致网络瘫痪;
当支路长度不相等时,阻抗匹配是复杂的;
您还需要为网络拓扑分段添加集线器。
三、树形拓扑
图3树形拓扑
树形拓扑的特点是分支长,长短不一。如图3所示,可以看出,集线器和中继器通常用于分支,因为分支长度不同,阻抗匹配困难。这些设备中的每一个都有独立的CAN控制器,所以每一段都可以组成独立的线性拓扑,方便施工。
这种拓扑的优点是:
布线施工方便;
最小化布线距离。
然而,这种拓扑的缺点也很明显,例如:
网络拓扑复杂,构造器无法匹配阻抗。
必须为网络拓扑分段添加集线器或中继器。
图4树形拓扑应用
如图4所示,它是树形拓扑的一个应用模型。因为整体传输距离太长,每隔五公里左右就要加一个中继器,保证信号的传输质量。每个子网内的节点通过CANbridge连接,子网内每个节点的数据通过CANbridge进行收发和过滤,从而完成整体网络的组网。
四、环形拓扑
图5环形拓扑
环形拓扑是将CAN总线首尾相连形成一个环,保证电缆在任何位置断开,仍能保证通信。如图5所示,可以看出因为是环形结构,所以在终端电阻匹配上采用了分布匹配的方式,保证整体阻抗为60欧姆。
公式:R=120,Rct1=Rct10=300,Rct2~Rct9=5k。
这种拓扑的优点和缺点是:
优点:电缆在任何位置断开后,总线仍能通信。
缺点:断线后信号反射严重,无法应用于高波特率和长距离的场合。
摘要
图6拓扑模式总结
如图6所示,这是对这四种主流拓扑的总结。在选择网络布局时,可以根据不同拓扑的优缺点进行选择,快速完成选择。