CANFD總線的應(yīng)用越來越廣泛，工程師在面對不同的工況，會有各種各樣的網(wǎng)絡(luò)拓撲方式。而分支過長導(dǎo)致的數(shù)據(jù)傳輸錯誤問題最讓工程師頭疼，本文將介紹主流的幾種總線拓撲方式，以及分支長度相關(guān)問題的解決方案。

4種常見拓撲類型

1、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(jié)點都接到同一總線上，總線上任意節(jié)點發(fā)送信息，其他節(jié)點都能正常接收。

2、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(shè)備，調(diào)整終端電阻即可實現(xiàn)組網(wǎng)（R=n×60歐姆；R:每個分支的終端電阻；n:分支數(shù)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(shù)據(jù)的穩(wěn)定傳輸。

3、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(shè)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。

4、環(huán)形拓撲

圖4 環(huán)形拓撲

環(huán)形拓撲是將CAN總線首尾相接，形成環(huán)狀，保證線纜任意位置斷開，依然可以保證通訊。如圖4所示，可以看到由于是環(huán)狀結(jié)構(gòu)，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。

5、拓撲方式總結(jié)

圖5   拓撲方式總結(jié)

如圖5所示是對于這四種主流的拓撲方式的總結(jié)，在選擇網(wǎng)絡(luò)布局時，可以根據(jù)不同拓撲方式的優(yōu)缺點來進行取舍，快速完成選擇。

分支過長帶來的問題

CAN總線的布線受現(xiàn)場環(huán)境、產(chǎn)品形狀等因素的影響，可能導(dǎo)致現(xiàn)場布線中出現(xiàn)總線的分支過長/過多等現(xiàn)象，某系統(tǒng)中A、B（AB各有120電阻）一條CAN線上掛有CDEF等節(jié)點，若將C支線延長100m，則F全部關(guān)閉，系統(tǒng)會報錯，去掉100m延長線，F(xiàn)任意狀態(tài)系統(tǒng)都不會報錯。

當總線支線過長，上升沿和下降沿產(chǎn)生臺階現(xiàn)象，當臺階正好處于0.5V邏輯識別閾值附近時，容易導(dǎo)致位寬度失調(diào)，從而使接收節(jié)點接收錯誤。

圖6  臺階現(xiàn)象

如何確定分支長度

IOS 11898-2中分支長度的規(guī)定是在1M波特率的條件下，有些場合或許無法做到很短的分支，根據(jù)不同波特率，分支長度規(guī)范可以有適當?shù)恼{(diào)整。不同波特率下分支長度可以達到多少？需要分析節(jié)點的信號質(zhì)量進行評判，測量節(jié)點在不同分支長度下的信號質(zhì)量，即可找到合適的分支長度范圍。

圖7   信號質(zhì)量參數(shù)

如圖7所示，評估節(jié)點信號質(zhì)量需要測量節(jié)點CAN差分信號的最小電壓幅值、最大電壓幅值、信號幅值、波形上升沿時間、波形下降沿時間、信號時間等進行綜合評分，具體參數(shù)指標在ISO 11898-2中有詳細規(guī)定。

圖8 信號質(zhì)量柱狀圖

信號質(zhì)量評估沒有專業(yè)的工具顯然是件麻煩的事情，想要快速評判節(jié)點的信號質(zhì)量，可以使用CANScope的信號質(zhì)量分析插件一鍵分析。分析插件通過分析每個CAN節(jié)點發(fā)出的波形，自動對其進行綜合評分，然后通過柱狀圖來直觀顯示出每個CAN 幀ID 的信號質(zhì)量（如圖8所示），從而獲得每一個節(jié)點的信號質(zhì)量，定量評價節(jié)點的物理層質(zhì)量。

分支與主干的長度原則

為了解決分支過長帶來的問題，應(yīng)根據(jù)不同波特率，制定最長分支距離的規(guī)范。   ISO11898-1/2中對高速CAN的分支長度規(guī)定值是1Mbps下最長0.3米。其他波特率的最長分支一般由應(yīng)用廠商自定義。原則是：  分支長度總和+主干長度<總線傳輸極限長度（注意極限長度一般要*0.7使用）； 分支總和一般不超過總長度的30%。

圖9  長度原則示意圖

針對常用波特率，主干與分支長度規(guī)則如圖10所示。

圖10  常用波特率長度規(guī)則

解決方案

方案一

使用標準的“手牽手”的接口與布線規(guī)則，讓分支長度最小，為了保證阻抗連續(xù)，收發(fā)器應(yīng)靠近接口擺放，以減少分支殘段的長度，收發(fā)器到接口距離控制在10cm以內(nèi)。

圖11  直線型拓撲解決方案

方案二

采用收發(fā)器前置、TTL分支的方法，徹底解決分支問題與節(jié)點擴展問題。

圖12  收發(fā)器前置解決方案

方案三

采用CANBridge中繼器，CANHub集線器等組網(wǎng)設(shè)備進行分支。這些設(shè)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。

圖13  CAN網(wǎng)橋解決方案

ZPS-CANFD總線故障分析儀

以上是ZLG致遠電子根據(jù)實際現(xiàn)場應(yīng)用總結(jié)的解決方案，如何更好、更快的發(fā)現(xiàn)錯誤、定位錯誤，解決錯誤就需要使用ZLG致遠電子ZPS-CANFD總線分析儀。新一代汽車電子架構(gòu)覆蓋了車載以太網(wǎng)、CANFD以及LIN總線，因此，我們需要不同的測試方法，來完成汽車和車載網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計、驗證、調(diào)試、排查以及維護。如果可以在PC端通過ZPS-CANFD汽車電子測試平臺獲取汽車的CANFD網(wǎng)絡(luò)以及LIN總線的數(shù)據(jù)進行測試分析，將大大降低汽車整體架構(gòu)測試的周期，提高工程師研發(fā)及測試的效率，排查整車故障，對于問題進行全面系統(tǒng)的分析。

1、滿足CAN FD、CAN、LIN多總線測試分析

ZPS-CANFD完美匹合汽車電子平臺開發(fā)，專注于智能網(wǎng)聯(lián)汽車CANFD、CAN、LIN總線的測量及測試，可高效完成總線多層次的對比分析，從物理層模擬信號、數(shù)字邏輯信號、數(shù)據(jù)鏈路層、協(xié)議層、應(yīng)用層剖析對比展示。

2、強大的軟件眼圖，清晰查找信號畸變

基于總線信號特征深度定制的軟件眼圖，可直接觀測信號畸變程度，評估CANFD總線幅值情況，進一步判斷總線傳輸是否符合標準和存在風險。

3、支持信號質(zhì)量分析，多維度評估節(jié)點信號特征

ZPS-CANFD總線分析儀從幅值、擾動和斜率等多維度參數(shù)進行CANFD總線信號質(zhì)量分析評估，可直觀查看總線信號質(zhì)量情況，規(guī)避信號傳輸失敗風險。

4、總線故障模擬，快速定位故障

ZPS-CANFD總線分析儀支持一鍵設(shè)置設(shè)備連接，可實現(xiàn)波特率、采樣點、終端電阻的實時調(diào)節(jié)，ZPS-CANFD提供總線電阻/電容負載/斷短路/線纜錯誤連接的調(diào)整，模擬應(yīng)用環(huán)境總線受負載變化及連接異常影響下的通信情況。

5、魯棒性測試

ZPS-CANFD分析儀支持CANFD幀數(shù)據(jù)按位干擾能力，能最大限度模擬總線擾動情況，提供控制器層面上的一致性測試能力。是驗證節(jié)點魯棒性的最佳方案！

總結(jié)

目前ZLG致遠電子首款CANFD總線分析測試產(chǎn)品已經(jīng)正式發(fā)布，ZPS-CANFD作為第二代總線開發(fā)輔助工具，能夠適用于CANFD、CAN、LIN總線的測量及測試儀器，可以為行業(yè)用戶提供可靠的多總線測試分析平臺。