增加CAN總線節點數量的幾個方法

2017年05月24日 13:34

　　常規CAN收發器支持的節點數zui多為110個，但實際使用時需要合理的布局組網，選用合適的收發器、線纜、匹配好終端等才能保證網絡中的各個節點之間可靠通信。

一、影響CAN總線節點數的因素

　　影響總線節點數的因素有多種，本文我們從滿足接收節點的差分電壓幅值方面來討論，只有滿足了這個前提條件，我們才能考慮總線的其他因素如寄生電容、寄生電感對信號的影響。

　　1、發送節點的CAN接口負載

　　為何考慮CAN接口負載？

　　CAN接口負載即為CANH、CANL之間的有效電阻值大小，該電阻會影響發送節點輸出的差分電壓的幅值，組網后網絡中各個節點的負載電阻 RL接近，如圖 1我們測試了CTM1051M小體積CAN隔離模塊在不同負載下的輸出差分電壓幅值。

圖 1 不同負載下的差分電壓

　　在負載電阻由45Ω不斷增大到66Ω時，節點的輸出差分電壓也隨著由1.84V增大到2.16V，兩者近似線性關系。為了使發送節點的輸出差分電壓不至于過低，實際組網時負載電阻應在圖 1測試的范圍內波動。我們分析RL的組成有3個：終端電阻、總線節點的差分輸入電阻、總線本身的有效電阻。

　　終端電阻：總線兩端均需要增加終端電阻，當總線距離長時，總線有效電阻大，損耗大，可以適當增加終端電阻值以減小總線有效電阻的損耗，如150Ω~300Ω。

　　差分輸入電阻：ISO 11898中規定的收發器差分輸入電阻范圍為10kΩ~100kΩ之間，CTM1051M系列收發器的差分輸入電阻為19kΩ~52kΩ，其典型值為30 kΩ，如果我們以zui多節點組網，按典型值考慮，則整個總線的差分輸入電阻會達到30 kΩ/110=273Ω，與終端電阻并聯時會顯著增加節點的負載。

　　總線有效電阻：使用較小截面積的雙絞線，其有效電阻達到幾十歐姆，長距離通信，總線對差分信號的影響會很大，如常用的RVS非屏蔽雙絞線的電阻從8.0Ω/km到39.0Ω/km不等。嚴重時會使接收點的電平達不到識別范圍。

　　差分電壓除負載電阻的影響外，還會受到供電電壓的影響，如圖 2我們測試了CTM1051M模塊在不同電壓，不同負載下的差分電壓幅值，可以看到電源電壓升高0.5V，差分電壓幅值會升高約0.3V。

圖 2 不同供電電壓下的差分電壓

　　2、接收節點的識別電平

　　接收節點有一定的電平識別范圍，CTM1051M的CAN接口典型參數如表 1所示。節點輸入顯性電平應大于0.9V。ISO 11898中，總線上的任意點的zui小電平應大于1.2V，組網時我們應使差分電壓大于此值。

　　表 1 CAN接口典型參數

3、實際組網分析

　　目前收發器的zui大組網節點數為110個，組網時我們考慮以上的電阻參數，確保總線上的差分電壓在合理的范圍內即可。

　　圖 3為CTM1051M推薦的組網拓撲，我們要考慮總線電阻，終端電阻，發送點，接收點電壓參數。畫出其等效電路如圖 4所示。

圖 3 CTM1051M推薦組網

圖 4 CTM1051M組網等效電路

　　根據等效電路，我們可以調整的參數有終端電阻RT、發送節點電壓VOUT、總線有效電阻RW。

　　圖 4中，各節點的RW、RIN難以準確確定，組網時以公式計算較為繁瑣，簡便的方法便是測量總線兩端的節點電壓。如網絡的總線電阻過大時，節點1到節點n總線對信號的損耗會很大，當節點n接收的差分電壓低于1.2V時，需要增大終端電阻。

　　在使用浪涌抑制器的場合，比如在圖 4的節點1和節點2之間增加SP00S12信號浪涌抑制器，其直流等效電阻為9.5Ω，可以將其等效為總線的有效電阻，當節點1收到的電壓過低時可通過減小總線有效電阻，提高節點1處的終端電阻來彌補浪涌抑制器帶來的損耗。

　　二、總結

　　無論總線網絡長短，網絡兩端都需要加終端電阻；

　　通訊距離長時，適當增加終端電阻值，減少總線電阻對信號的衰減，如150Ω~300Ω；

　　有強烈干擾的場合使用屏蔽雙絞線，屏蔽層單點接大地；

　　收發器CAN接口輸出的差分電平會隨著供電電壓的變化而變化，應確保供電電壓在手冊規定范圍內。

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