CAN-bus拓扑结构和传输介质 Version 1.20版 2006年5月

CAN底层协议 CAN-bus 规范（ Version 2.0 ） CAN-bus国际标准 ISO 11898 CAN2.0A ：CAN标准报文格式 CAN2.0B ：CAN标准报文格式和扩展报文格式 CAN-bus国际标准 ISO 11898 ISO 11898-1/2/3 ISO 11898-4 注意： CAN-bus 底层协议只定义物理层、数据链路层。 CAN 2.0规范、国际标准ISO 11898是设计CAN应用系统的基本依据。

系统设计原则 复杂系统有二个基本设计原则 集中式 分布式 大部分网络协议，如CAN-bus、ProfiBus、EtherNet、USB、IrDA® 等都采用了把智能单元分布在整个网络中的分布式设计原则。

分布式的控制原则 CAN是一种分布式的控制总线 很多控制器协同完成特定功能的任务； 每个节点一般来说比较简单，使用微型单片机； 更高的可靠性； 较少的线缆。

CAN-bus拓扑结构

线性拓扑 线性拓扑 ISO 11898定义了一个单线结构的拓扑 采用干线和支线的连接方式 干线的两个终端都端接一个终端电阻 节点通过没有端接的支线连接到总线 对干线与支线都规定了参数限制

线性拓扑示意图 ISO 11898 CAN-bus网络拓扑示意图 Termination

ISO11898-2标准 CANH CANL 3.5 V 1.5 V 2.5 V R Node 1 Node 2 Node n Termination

网络长度参数 CAN-bus 位速率：1Mbps CAN-bus 位速率：5Kbps 总线长度：最大40m 支线长度：最大0.3m 总线长度：最大10Km 支线长度：最大6m 节点距离：最大10Km 允许的最大支线长度计算请参考《PCA82C250应用指南》。

总线最大线路长度 总线最大线路长度基本取决于以下物理条件 连接的总线节点、CAN 控制器、收发器等元件的循环延迟以及总线的线路延迟； 由于节点间相关的振荡器容差而造成位定时额度的不同； 总线电缆的串联阻抗、总线节点的输入阻抗而使信号幅值下降。

总线有效长度与传输速率 基本公式： Max Bit Rate [Mbps] × Max Bus Length[m] ≤ 60

CAN节点与总线连接 CAN节点通过支线连接到总线 支线长度的限制： 例一：单分支<6米，总长<30米； 例二：DeviceNet网络支线<0.3米。

线性拓扑示例 符合ISO 11898网络拓扑结构的CAN网络

线性拓扑的扩展(一) 分支网络通过中继器(Reapter)连接到干线 每个分支网络符合ISO 11898标准

线性拓扑的扩展(二) 多条分支网络通过集线器(HUB)连接到干线 每个分支网络符合ISO 11898标准 其他CAN-bus网络

CAN-bus 传输介质

物理层 Logical Link Control (LLC) Medium Access Control (MAC) Application - Acceptance Filtering - Overload Notification - Recover Management Medium Access Control (MAC) - Data Encapsulation/Decapsulation - Frame Coding (stuffing/destuffing) - Error Detection/Signaling - Serialization/Deserialization Application Presentation Session Transport Network Data Link Layer Physical Layer OSI参考模型 Physical Signaling (PLS) - Bit Encoding/Decoding - Bit Timing/Synchronization Physical Medium Attachment (PMA) - Driver/Receiver Characteristics Medium Dependent Interface (MDI) - Connectors

物理层 Physical Signaling (PLS) - Bit Encoding/Decoding - Bit Timing/Synchronization 物理介质配置 (PMA) - 收发器件特性 介质依存接口 (MDI) - 连接器 - 线缆，光纤等

物理层 物理层并不由CAN规定 必须与CAN的规格兼容 物理层特性符合ISO 11898标准 包括PMA和MDI 必须规定显性和隐性状态 置位状态可以覆盖隐性状态 仲裁 错误帧的产生 物理层特性符合ISO 11898标准

CAN-bus 传输介质 单线（汽车） 双绞线 屏蔽双绞线 同轴电缆 单模光纤 无线通信 R V CANH CANL

传输介质（Bus Medium） 物理介质必须支持“显性”和“隐性”状态，“显性”状态支配“隐性”状态，例如在总线仲裁时。 双线结构总线必须使用终端电阻抑制信号反射，并且采用差分信号传输减弱电磁干扰（EMI）的影响。 使用光学介质时，隐性电平通过状态“暗”表示，显性电平通过状态“亮”表示； 同一段CAN-bus网络采用相同的传输介质。

双绞线 技术上容易实现、造价低廉； 理论上节点数无限制、对环境电磁辐射有一定抑制能力； 随着频率的增长，双绞线线对的衰减迅速增高； 双绞线有所谓的近端串扰； 适合CAN-bus网络5Kbps～1Mbps的传输速率。 目前，采用双绞线的CAN总线分布式系统已得到广泛应用，如汽车电子、电梯控制、电力系统、远程传输等。

双绞线的使用 双绞线采用抗干扰的差分信号传输方式； 使用非屏蔽双绞线作为物理层，只需要有2根线缆作为差分信号线（CANH、CANL)传输； 使用屏蔽双绞线作为物理层，除需要2根差分信号线（CANH、CANL)的连接以外，还要注意在同一网段中的屏蔽层（SHIELD）单点接地问题。

双绞线（ISO 11898-2） CAN总线电平标称值

双绞线（ISO 11898-2） CANH CANL 3.5 V 1.5 V 2.5 V R Node 1 Node 2 Node n Termination

双绞线的参数（ISO 11898-2） 高速差分总线 双线平衡信号 信号线结构 双绞线或平行线 非屏蔽或屏蔽 线缆阻抗 = 120 Ω 有公共地 信号线结构 较短的残余 双绞线或平行线 非屏蔽或屏蔽 线缆阻抗 = 120 Ω 最高速度达 1 Mbps 空闲 置位 3.5 V 1.5 V 2.5 V

双绞线的参数（ISO 11898-2） 最长的总线长度可达40m @ 1 Mbps 线路延迟 = 5 ns/m (名义值) 规定了电气指标 其它的情况无定义 线路延迟 = 5 ns/m (名义值) 规定了电气指标 而不是机械指标 可使用galvanic (光学) 绝缘 空闲 置位 3.5 V 1.5 V 2.5 V

电缆参数（ISO 11898-2） ISO 11898 电缆推荐参数 ：直流参数、特性阻抗

双绞线网络的注意事项 网络的两端必须有各有一个终端电阻 ； 支线必须尽可能的短； 确保不要在干扰源附近布置CAN总线。

CAN-bus光纤传输 与双绞线和同轴电缆相比 目前存在的问题 光纤的低传输损耗使中继之间距离大为增加； 光缆还具有不辐射能量、不导电、没有电感； 光缆中不存在串扰以及光信号相互干扰的影响； 不会有在线路“接头处”感应耦合导致的安全问题； 强大的抗EMI能力。 目前存在的问题 价格昂贵，设备投入成本较高； 点对点的通讯方式。 适用场合 汽车电子 干扰严格场合 安全控制领域 远距离通讯

Reference CAN-bus技术网站 http://www.embedcontrol.com CAN-bus技术讨论园地 http://www.21icbbs.com/club/bbs/bbsView.asp?boardid=43 CAN-bus服务邮箱 can@zlgmcu.com cantools@zlgmcu.com cansale@zlgmcu.com

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