CAN總線中可以掛載多少設備節點?
在一個CAN網絡中,總線所能支持的最大節點數是衡量CAN收發器性能的一個重要參數。影響CAN總線節點數量的因素主要包括CAN收發器的物理層和協議層兩個方面。
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物理層
在物理層方面,總線節點的輸出差分電壓大小決定了CAN總線電平是否能被正常識別,通訊能否正常進行。這個因素主要受總線負載電阻RL的影響,而RL又取決于總線終端匹配電阻以及各節點的總線差分輸入電阻Rdif。
我們可以通過以下方法從物理層角度估算一個CAN網絡的最大節點數。
如下圖所示,展示了掛載n個CAN節點的總線網絡拓撲結構。其中,RT表示終端匹配電阻,Rdif為CAN收發器的總線差分輸入電阻。
通過電路等效的方法,我們可以得到簡化的拓撲圖,以便于分析和理解整個網絡的結構。
如下圖所示,Node1 作為信號發送,Noden 作為信號接收。
從 Node1 端看進去的線路等效電阻為:
將公式化簡可得:
在CAN總線網絡中,終端匹配電阻RT取值為120Ω,差分輸入電阻Rdif取值為20kΩ。RL可支持的負載電阻范圍為45Ω至7000Ω。當RL為45Ω時,n取最大值為112。因此,在此參數條件下的CAN總線網絡中,最多可支持掛載112個CAN節點。
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協議層
在協議層方面,隨著總線節點數量的增加和總線長度的延長,線路寄生效應逐漸顯著。對于本地節點進行信號自發自收的場景,較大的線路寄生可能導致返回的信號衰減嚴重,從而引發CAN控制器采樣錯誤,進而導致通訊異常。另一方面,在相距較遠的兩個節點間進行通信時,中間節點數量的增多和線路長度的延長會導致信號傳播延時增加。接收端在接收到發送端的CAN信號后需要進行幀內應答(ACK)。若傳播延時過長,可能導致應答不及時,進而造成通訊失敗。
因此,在計算CAN總線的最大掛載節點數時,必須充分考慮線路寄生和傳播延時的影響。具體要求如下:由線路寄生引起的信號衰減不應導致CAN控制器采樣出現偏差,以避免通訊異常;同時,信號在傳輸路徑上的傳播延時必須小于位時間的1/2,以確保接收節點能夠及時應答,從而避免通訊失敗。
參考資料:納芯微CAN收發器節點計算與外圍電路參考設計
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