CAN總線的拓撲如何設計最安全?

一、直線型拓撲

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201906/401988.htm

圖1   直線型拓撲

直線型拓撲也叫總線型拓撲，如圖1所示，所有的節點都接到同一總線上，總線上任意節點發送信息，其他節點都能正常接收。

它的優勢包括：

布線施工簡單；

阻抗匹配固定規則（首尾各1個120歐電阻匹配）；

接線操作簡單方便；

由於這些優勢，在很多領域裡都獲得了廣泛應用，可以滿足大多數領域的應用要求，但是隨著行業應用的擴展，逐漸發現了總線型拓撲的缺點，比如：

如果節點數較多，總線線纜變長，會影響總線傳輸；

支線長度不能過長。

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

這種拓撲方式的優點是：

在進行節點擴展時較為方便；

可以縮減總線應用場景的使用面積。

然而這種拓撲方式的缺點也很明顯，例如：

中央設備失敗會導致網絡癱瘓；

分支不等長時阻抗匹配複雜;

還需要增加集線器進行網絡拓撲分割.

三、樹狀拓撲

圖3   樹狀拓撲

樹狀拓撲的特點是分支較長並且長度不同，如圖3所示，可以看到由於各支線長度不同阻抗匹配困難，常使用集線器和中繼器進行分支。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拓撲，方便施工。

這種拓撲方式的優點是：

布線施工方便；

最大限度縮短布線距離。

然而這種拓撲方式的缺點也很明顯，例如：

網絡拓撲複雜，施工人員無法進行阻抗匹配；

須增加集線器或者中繼器進行網絡拓撲分割。

圖4   樹狀拓撲應用

如圖4所示，就是一個樹狀拓撲的應用模型，由於總體傳輸距離過長，所以每隔五公裡左右就要加一個中繼器，保證信號的傳輸質量，在各個子網節點通過CANbridge連接，子網中的各節點數據通過CANbridge進行收發與過濾，這樣就完成了整體網絡的組網。

四、環形拓撲

圖5   環形拓撲

環形拓撲是將CAN總線首尾相接，形成環狀，保證線纜任意位置斷開，依然可以保證通訊。如圖5所以，可以看到由於是環狀結構，所以在終端電阻匹配方面採用分布式匹配方法，保證總體阻抗為60歐姆。

公式：R=120Ω，Rct1=Rct10=300Ω，Rct2~Rct9=5k

這種拓撲方式的優點是：在線纜任意位置斷開後，總線依然可以通訊。

缺點為：斷線後，信號反射嚴重，無法應用於高波特率和遠距離場合。

五、總結

圖6   拓撲方式總結

如圖6所示是對於這四種主流的拓撲方式的總結，在選擇網絡布局時，可以根據不同拓撲方式的優缺點來進行取捨，快速完成選擇。