CAN總線的拓撲如何設計最安全？

隨著CAN總線的應用越來越廣泛，工程師在面對各種不同工況下，如何選擇合適的網絡拓撲方式就變成了一個讓人頭疼的問題。這里介紹主流的幾種總線拓撲方式，可以幫您完成快速了解進行選擇。

一、直線型拓撲

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；
• 由于這些優勢，在很多領域里都獲得了廣泛應用，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復雜;
• 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并且長度不同，如圖3所示，可以看到由于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：
• 網絡拓撲復雜，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，由于總體傳輸距離過長，所以每隔五公里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，可以看到由于是環狀結構，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

這種拓撲方式的優點是：在線纜任意位置斷開后，總線依然可以通訊。

缺點為：斷線后，信號反射嚴重，無法應用于高波特率和遠距離場合。

五、總結

圖6 拓撲方式總結

如圖6所示是對于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舍，快速完成選擇。