转载:CAN总线终端电阻
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1 信号反射
根据传输线原理,当信号在传播中遇到阻抗不连续(如从传输线进入负载)即会产生反射波,反射信号叠加在原信号上将会改变原信号的形状,造成信号的缺失或失真,影响通讯质量甚至无法正常通讯。
2 CAN信号的短距离传输
考虑CAN通讯信号按图2方向传输,信号以速度v向z方向传播,传播距离L,信号上升沿斜率k,上升沿时间ts。在无阻抗匹配情况下,反射信号回到输出端的时延,单时延很小时,反射信号将被上升沿掩盖,不会对通讯造成影响。一般认为当信号时延小于ts的20%,信号的反射是可接受的,再考虑到CAN通讯实际上是CAN_H和CAN_L的差分,因此要求时延t
3. CAN总线拓扑结构
CAN高速标准ISO11898采用总线结构作为网络拓扑,在总线的两端各接有一个终端电阻。然而,在实际情况中网络拓扑并非严格的总线结构,有些节点具有一定的支线长度。另外,在某些应用中,从EMC的角度考虑,对终端网络作一些调整效果可能会更好。下面简单介绍各种总线拓扑结构的特点:
(1)双终端总线。标准的双终端总线网络拓扑结构,在总线的两端分别接一个120Ω终端电阻,总线总阻值为60Ω。该拓扑结构接线简单,可靠性好,传输距离远,是目前电梯上最常用的总线拓扑结构。
(2)单终端总线。CAN总线匹配的最简单方法就是在总线上并一个60Ω的终端电阻。这种拓扑下,总线电阻为60Ω,阻抗匹配。但在这种拓扑结构中,很多节点实际上都不在总线而在支线上,其传输距离受限,这种拓扑结构的总线长度只有标准双终端总线接法总线长度的50%。
(3)分离总线。分离总线就是在双终端总线的基础上,将单个终端电阻分成两个阻值相同的电阻,在两电阻之间通过一个电容接地,如图3所示。可以看出,分离总线并不改变总线的DC特性。分离总线有两种接地方式:1)将两个终端均采用分离形式并单独接地。这种拓扑结构可以优化通讯的高频性能。但是,将两个终端电阻都接地以后,可能会通过地电流形成干扰性的回路电流。在这种情况下可以考虑2)只将一个终端电阻接地,这种接法则在中频到低频的范围内有更好的传输特性。这种总线结构接线复杂,一般只在特定情况下使用。
(4)多终端总线。在某些应用场合,如需要额外增加一个分支时,需要采用不同于总线结构的拓扑结构。这时候的拓扑结构就类似于星型拓扑结构,在这种情况下,可以采用多终端接法。多终端结构就是把终端电阻(60Ω)分成两个以上的电阻,总线上的电阻仍保证为60Ω。图4所示是3个分支的星形拓扑结构,在这种情况下,每个分支都可以看出一个终端,每个终端电阻180Ω。
在这种拓扑结构下,如果去除其中一个终端,总线上的的阻抗将不再完全匹配。但是,在短距离传输情况下仍可以正常使用。因此,这种拓扑情况下,CAN总线通讯距离将远小于双终端拓扑结构。
在终端电阻的匹配中,终端电阻一定要放置在最远的两端,如果其中一个放在中间位置,终端电阻外面的CAN收发器A1处于支路上,这将大大增加该节点的信号反射,进而影响总线通讯。
应该注意,在上面的分析中,并没有考虑线阻和节点阻抗对总线电阻的影响,在实际应用中,可以根据线长和节点个数对终端电阻进行微调,使CAN总线的总阻值尽量接近于60Ω。
5 结语
本文通过对传输线信号反射、CAN总线结构等的分析,初步探讨了电梯CAN总线终端电阻配置的基本原理。CAN总线终端电阻的配置应遵循以下原则:
(1)终端电阻的配置应达到CAN总线的阻抗匹配,应使总线间的电阻等于传输线的特性阻抗。目前一般在CAN总线两端各加120Ω的电阻,如果要求更高的话,可以根据总线长度、节点数量对阻值进行微调,使总线间阻值尽量接近于60Ω;(2)两个终端电阻应等值配置于线路相距最远的两个节点处;(3)节点到总线间的距离应尽量短,具体容许长度受信号频率、线阻等因素的影响会有所不同。特别的,在外接诊断仪等临时性设备节点时,更应注意这点。
总之,电梯CAN通讯终端电阻的配置是必不可少的,加大或减小阻值都将造成通讯不稳定甚至无法正常通讯。终端电阻的位置应使CAN总线间的总阻值尽量接近于传输线特性阻抗,线路未匹配部分的长度尽量短。
CAN总线的干扰波
现代汽车上使用CAN总线,它是一种“双绞线”形式,分布在各个不同电脑间,称为“控制器局域网总线”技术。使用CAN总线系统比传统的布线方式,大大简化了线路的布局,数据传输速度更高、更智能和更精确。
CAN总线上传输的是高速信息数据流,犹如波浪一样,一波一波的传输。人们发现信息数据流到达目的地或终端时,在其终端会发生反射,造成信息的干扰波,影响信息的正常传输。就如同海浪冲击防波堤的海岸时,受到坚硬岩石的抵档,会在海浪上叠加反射波,造成海浪的更大冲击,也破坏原先传输的信息。
如何减少信息数据流在电脑终端的反射呢?人们观察海浪时发现,当海浪冲击到沙滩上时,柔软的沙滩就会吸收海浪而不会形成反射波。CAN总线上的高速信息数据流的反射波,能被什么物品吸收呢?通过大量实验发现,在总线的最远端,只要并联两个电阻就可以了。
图一、CAN总线上的终端电阻是并联的
CAN总线上终端电阻是并联在总线上的,将终端电阻放于较远的电脑处,或单独放置均是可以有效地吸收反射波的。在图一上的两终端阻值均为120Ω,是并联在CAN双绞总线两端的,所以测量CAN高低两线间的电阻应为60Ω。如果不是60Ω而是120,表示有一个终端电阻断路了。如果CAN两线间的电阻为无穹大,表示两个终端电阻都断路了。若CAN两线间的电阻为零,则表示两条高低总线连接在一起短路了。终端电阻一旦断路,由于干扰波不能有效的被吸收,就会造成总线传输的信号不稳定,直接影响相关电脑的正常工作。
图二、终端电阻并联在CAN双绞总线两端
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