CANFD总线的应用越来越广泛，工程师在面对不同的工况，会有各种各样的网络拓扑方式。而分支过长导致的数据传输错误问题最让工程师头疼，本文将介绍主流的几种总线拓扑方式，以及分支长度相关问题的解决方案。

4种常见拓扑类型

1、直线型拓扑

图1   直线型拓扑

直线型拓扑也叫总线型拓扑，如图1所示，所有的节点都接到同一总线上，总线上任意节点发送信息，其他节点都能正常接收。

2、星型拓扑

图2   星型拓扑

如图2所示，我们可以看到星型拓扑的特点就是每个分支都基本等长，在完全等长情况下，可不使用集线器设备，调整终端电阻即可实现组网（R=n×60欧姆；R:每个分支的终端电阻；n:分支数量）。如果各分支线路长度不同，就需要使用集线器对通讯进行控制，保证数据的稳定传输。

3、树状拓扑

图3   树状拓扑

树状拓扑的特点是分支较长并且长度不同，如图3所示，可以看到由于各支线长度不同阻抗匹配困难，常使用集线器和中继器进行分支。这些设备每路都具备独立的CAN控制器，所以可以将每段形成独立的直线拓扑，方便施工。

4、环形拓扑

图4 环形拓扑

环形拓扑是将CAN总线首尾相接，形成环状，保证线缆任意位置断开，依然可以保证通讯。如图4所示，可以看到由于是环状结构，所以在终端电阻匹配方面采用分布式匹配方法，保证总体阻抗为60欧姆。

5、拓扑方式总结

图5   拓扑方式总结

如图5所示是对于这四种主流的拓扑方式的总结，在选择网络布局时，可以根据不同拓扑方式的优缺点来进行取舍，快速完成选择。

分支过长带来的问题

CAN总线的布线受现场环境、产品形状等因素的影响，可能导致现场布线中出现总线的分支过长/过多等现象，某系统中A、B（AB各有120电阻）一条CAN线上挂有CDEF等节点，若将C支线延长100m，则F全部关闭，系统会报错，去掉100m延长线，F任意状态系统都不会报错。

当总线支线过长，上升沿和下降沿产生台阶现象，当台阶正好处于0.5V逻辑识别阈值附近时，容易导致位宽度失调，从而使接收节点接收错误。

图6  台阶现象

如何确定分支长度

IOS 11898-2中分支长度的规定是在1M波特率的条件下，有些场合或许无法做到很短的分支，根据不同波特率，分支长度规范可以有适当的调整。不同波特率下分支长度可以达到多少？需要分析节点的信号质量进行评判，测量节点在不同分支长度下的信号质量，即可找到合适的分支长度范围。

图7   信号质量参数

如图7所示，评估节点信号质量需要测量节点CAN差分信号的最小电压幅值、最大电压幅值、信号幅值、波形上升沿时间、波形下降沿时间、信号时间等进行综合评分，具体参数指标在ISO 11898-2中有详细规定。

图8 信号质量柱状图

信号质量评估没有专业的工具显然是件麻烦的事情，想要快速评判节点的信号质量，可以使用CANScope的信号质量分析插件一键分析。分析插件通过分析每个CAN节点发出的波形，自动对其进行综合评分，然后通过柱状图来直观显示出每个CAN 帧ID 的信号质量（如图8所示），从而获得每一个节点的信号质量，定量评价节点的物理层质量。

分支与主干的长度原则

为了解决分支过长带来的问题，应根据不同波特率，制定最长分支距离的规范。   ISO11898-1/2中对高速CAN的分支长度规定值是1Mbps下最长0.3米。其他波特率的最长分支一般由应用厂商自定义。原则是：  分支长度总和+主干长度<总线传输极限长度（注意极限长度一般要*0.7使用）； 分支总和一般不超过总长度的30%。

图9  长度原则示意图

针对常用波特率，主干与分支长度规则如图10所示。

图10  常用波特率长度规则

解决方案

方案一

使用标准的“手牵手”的接口与布线规则，让分支长度最小，为了保证阻抗连续，收发器应靠近接口摆放，以减少分支残段的长度，收发器到接口距离控制在10cm以内。

图11  直线型拓扑解决方案

方案二

采用收发器前置、TTL分支的方法，彻底解决分支问题与节点扩展问题。

图12  收发器前置解决方案

方案三

采用CANBridge中继器，CANHub集线器等组网设备进行分支。这些设备每路都具备独立的CAN控制器，所以可以将每段形成独立的直线拓扑，方便施工。

图13  CAN网桥解决方案

ZPS-CANFD总线故障分析仪

以上是ZLG致远电子根据实际现场应用总结的解决方案，如何更好、更快的发现错误、定位错误，解决错误就需要使用ZLG致远电子ZPS-CANFD总线分析仪。新一代汽车电子架构覆盖了车载以太网、CANFD以及LIN总线，因此，我们需要不同的测试方法，来完成汽车和车载网络的设计、验证、调试、排查以及维护。如果可以在PC端通过ZPS-CANFD汽车电子测试平台获取汽车的CANFD网络以及LIN总线的数据进行测试分析，将大大降低汽车整体架构测试的周期，提高工程师研发及测试的效率，排查整车故障，对于问题进行全面系统的分析。

1、满足CAN FD、CAN、LIN多总线测试分析

ZPS-CANFD完美匹合汽车电子平台开发，专注于智能网联汽车CANFD、CAN、LIN总线的测量及测试，可高效完成总线多层次的对比分析，从物理层模拟信号、数字逻辑信号、数据链路层、协议层、应用层剖析对比展示。

2、强大的软件眼图，清晰查找信号畸变

基于总线信号特征深度定制的软件眼图，可直接观测信号畸变程度，评估CANFD总线幅值情况，进一步判断总线传输是否符合标准和存在风险。

3、支持信号质量分析，多维度评估节点信号特征

ZPS-CANFD总线分析仪从幅值、扰动和斜率等多维度参数进行CANFD总线信号质量分析评估，可直观查看总线信号质量情况，规避信号传输失败风险。

4、总线故障模拟，快速定位故障

ZPS-CANFD总线分析仪支持一键设置设备连接，可实现波特率、采样点、终端电阻的实时调节，ZPS-CANFD提供总线电阻/电容负载/断短路/线缆错误连接的调整，模拟应用环境总线受负载变化及连接异常影响下的通信情况。

5、鲁棒性测试

ZPS-CANFD分析仪支持CANFD帧数据按位干扰能力，能最大限度模拟总线扰动情况，提供控制器层面上的一致性测试能力。是验证节点鲁棒性的最佳方案！

总结

目前ZLG致远电子首款CANFD总线分析测试产品已经正式发布，ZPS-CANFD作为第二代总线开发辅助工具，能够适用于CANFD、CAN、LIN总线的测量及测试仪器，可以为行业用户提供可靠的多总线测试分析平台。

关键词:CANFD总线 高端仪器 ZLG致远仪器

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来 源：ZLG致远仪器

编辑：清风

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