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怎样保证CAN网络中通讯的可靠性和节点数
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2017-11-12
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在CAN-bus电路设计中，理论上收发器支持节点数最多可做到110个，但实际应用中往往达不到这个数量。这里我们谈谈如何通过合理的CAN-bus总线设计，保证CAN网络中的通讯的可靠性和节点数量。
1.影响CAN总线节点数的因素
影响总线节点数的因素有多种，本文我们从满足接收节点的差分电压幅值方面来讨论，只有满足了这个前提条件，我们才能考虑总线的其他因素如寄生电容、寄生电感对信号的影响。
1）发送节点的CAN接口负载
为何考虑CAN接口负载？
CAN接口负载即为CANH、CANL之间的有效电阻值大小，该电阻会影响发送节点输出的差分电压的幅值，组网后网络中各个节点的负载电阻 RL接近，如图 1我们测试了CTM1051M小体积CAN隔离模块在不同负载下的输出差分电压幅值。
图 1 不同负载下的差分电压
在负载电阻由45Ω不断增大到66Ω时，节点的输出差分电压也随着由1.84V增大到2.16V，两者近似线性关系。为了使发送节点的输出差分电压不至于过低，实际组网时负载电阻应在图 1测试的范围内波动。我们分析RL的组成有3个：终端电阻、总线节点的差分输入电阻、总线本身的有效电阻。
终端电阻：总线两端均需要增加终端电阻，当总线距离长时，总线有效电阻大，损耗大，可以适当增加终端电阻值以减小总线有效电阻的损耗，如150Ω~300Ω。
差分输入电阻：ISO 11898中规定的收发器差分输入电阻范围为10kΩ~100kΩ之间，CTM1051M系列收发器的差分输入电阻为19kΩ~52kΩ，其典型值为30 kΩ，如果我们以最多节点组网，按典型值考虑，则整个总线的差分输入电阻会达到30 kΩ/110=273Ω，与终端电阻并联时会显著增加节点的负载。
总线有效电阻：使用较小截面积的双绞线，其有效电阻达到几十欧姆，长距离通信，总线对差分信号的影响会很大，如常用的RVS非屏蔽双绞线的电阻从8.0Ω/km到39.0Ω/km不等。严重时会使接收点的电平达不到识别范围。
差分电压除负载电阻的影响外，还会受到供电电压的影响，如图 2我们测试了CTM1051M模块在不同电压，不同负载下的差分电压幅值，可以看到电源电压升高0.5V，差分电压幅值会升高约0.3V。
图 2 不同供电电压下的差分电压
2）接收节点的识别电平
接收节点有一定的电平识别范围，CTM1051M的CAN接口典型参数如表 1所示。节点输入显性电平应大于0.9V。ISO 11898中，总线上的任意点的最小电平应大于1.2V，组网时我们应使差分电压大于此值。
1.影响CAN总线节点数的因素
影响总线节点数的因素有多种，本文我们从满足接收节点的差分电压幅值方面来讨论，只有满足了这个前提条件，我们才能考虑总线的其他因素如寄生电容、寄生电感对信号的影响。
1）发送节点的CAN接口负载
为何考虑CAN接口负载？
CAN接口负载即为CANH、CANL之间的有效电阻值大小，该电阻会影响发送节点输出的差分电压的幅值，组网后网络中各个节点的负载电阻 RL接近，如图 1我们测试了CTM1051M小体积CAN隔离模块在不同负载下的输出差分电压幅值。
图 1 不同负载下的差分电压
在负载电阻由45Ω不断增大到66Ω时，节点的输出差分电压也随着由1.84V增大到2.16V，两者近似线性关系。为了使发送节点的输出差分电压不至于过低，实际组网时负载电阻应在图 1测试的范围内波动。我们分析RL的组成有3个：终端电阻、总线节点的差分输入电阻、总线本身的有效电阻。
终端电阻：总线两端均需要增加终端电阻，当总线距离长时，总线有效电阻大，损耗大，可以适当增加终端电阻值以减小总线有效电阻的损耗，如150Ω~300Ω。
差分输入电阻：ISO 11898中规定的收发器差分输入电阻范围为10kΩ~100kΩ之间，CTM1051M系列收发器的差分输入电阻为19kΩ~52kΩ，其典型值为30 kΩ，如果我们以最多节点组网，按典型值考虑，则整个总线的差分输入电阻会达到30 kΩ/110=273Ω，与终端电阻并联时会显著增加节点的负载。
总线有效电阻：使用较小截面积的双绞线，其有效电阻达到几十欧姆，长距离通信，总线对差分信号的影响会很大，如常用的RVS非屏蔽双绞线的电阻从8.0Ω/km到39.0Ω/km不等。严重时会使接收点的电平达不到识别范围。
差分电压除负载电阻的影响外，还会受到供电电压的影响，如图 2我们测试了CTM1051M模块在不同电压，不同负载下的差分电压幅值，可以看到电源电压升高0.5V，差分电压幅值会升高约0.3V。
图 2 不同供电电压下的差分电压
2）接收节点的识别电平
接收节点有一定的电平识别范围，CTM1051M的CAN接口典型参数如表 1所示。节点输入显性电平应大于0.9V。ISO 11898中，总线上的任意点的最小电平应大于1.2V，组网时我们应使差分电压大于此值。
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