CAN-bus电缆、CAN-bus插座、CAN-bus布线规范

工程技术笔记CAN-bus应用技术CAN-bus电缆/插座/布线规范类别内容关键词现场总线CAN-bus波特率通讯距离拓扑结构通讯电缆终端电阻连接器摘要本文简介建设一个实际的CAN-bus网络时，对通讯电缆、总线连接器的选择与计算，以及一些保障通讯可靠、提高抗干扰能力的经验措施。工程应用笔记工程应用笔记1目录1.适用范围................................................................................................................12.电缆选择................................................................................................................22.1最低要求...................................................................................................................22.2电缆选择的要素.......................................................................................................22.3电缆选择的极限值...................................................................................................22.3.1电缆结构...........................................................................................................22.3.2电缆有效电阻...................................................................................................32.3.3DB9连接器的有效电阻..................................................................................32.3.4电缆适用类型示例...........................................................................................32.4取决于电缆长度的波特率.......................................................................................52.4.1CiA推荐的位定时............................................................................................52.4.2采用本文CAN接口时最大的导线长度.........................................................62.5布线长度、节点数量、线缆线径之间的关系.......................................................73.插座的选择............................................................................................................93.1配线和连接...............................................................................................................93.2DB9连接方式的插座与插头................................................................................103.3OPEN5连接器.......................................................................................................134.布线规范与终端电阻选择...................................................................................154.1直线型拓扑结构.....................................................................................................154.1.1“手牵手”式连接.........................................................................................154.1.2“T”型分支式连接.........................................................................................154.1.3使用CAN网桥中继器的连接.........................................................................164.1.4使用CAN光纤转换器的连接.........................................................................174.2星型拓扑结构.........................................................................................................174.2.1“等长”星型连接.........................................................................................174.2.2使用CAN集线器的连接.................................................................................185.参考资料...............................................................................错误！未定义书签。6.免责声明...............................................................................错误！未定义书签。工程应用笔记工程应用笔记11.适用范围本文档说明建设一个实际的CAN-bus网络时，对通讯电缆、总线连接器的选择与计算，以及一些保障通讯可靠、提高抗干扰能力的经验措施。工程应用笔记工程应用笔记22.电缆选择2.1最低要求通常，CAN-bus总线采用差分信号传输方式，以双绞线作为物理层，需要有2根线作为差分信号线（CAN_H、CAN_L）。如果使用屏蔽双绞线，屏蔽层应被连接到CAN_Shield或外壳。2.2电缆选择的要素线长如果外部干扰比较弱，CAN-bus总线中的短线（长度＜0.3m，例如在T型连接器)可以采用扁平电缆。通常，用带屏蔽层的双绞线作为差分信号传输线会更可靠。带屏蔽层的双绞线通常被用作长度大于0.3m的电缆。波特率由于取决于传输线的信号延迟时间，CAN-bus总线的通讯距离可能会随着波特率减小而增加。外界干扰必须考虑外界干扰，例如由其他电气负载引起的电磁干扰。尤其注意有大功率电机运行或其它在设备开关时容易引起供电线路上电压变化的场合。如果无法避免出现类似于CAN-bus总线与电压变化强烈的供电线路并行走线的情况，CAN总线可以采用带双屏蔽层的双绞线。特征阻抗所采用的传输线的特征阻抗约为120Ω。由于CAN-bus总线接头的使用，CAN-bus总线的特征阻抗可能发生变化。因此，不能过高估计所使用电缆的特征阻抗。有效电阻所使用电缆的电阻必须足够小，以避免线路压降过大，影响位于总线末端的接收器件。为了确定接收端的线路压降，避免信号反射，在总线两端需要连接终端电阻。2.3电缆选择的极限值2.3.1电缆结构为了避免受到外界干扰的影响，传输数据的电缆通常使用带有屏蔽层的双绞线，并且屏蔽层要接到参考地。下面的图2.1、图2.2分别列出了带单/双屏蔽层的CAN电缆剖析与连接线示范。图2.1单屏蔽层的CAN电缆剖析与连接914567923814567238CAN_LCAN_HCAN_GNDShieldedwirewithtransposedwiresCAN_LCAN_HCAN_GND(atwireshield)earth(PE)WirestructureSignalassignmentofwireandconnectionofearthingandterminatorn.c.n.c.n.c.n.c.n.c.n.c.n.c.n.c.n.c.n.c.n.c.n.c.n.c.n.c.n.c.=notconnectedDSUB9connector(femaleormale)pindesignationconnectorcaseconnectorcaseDSUB9connector(femaleormale)pindesignationCANwirewithconnectors工程应用笔记工程应用笔记3图2.2双屏蔽层的CAN电缆剖析与连接在使用双层屏蔽线的双绞线时，使用者必须注意：电缆的外屏蔽层只能通过一个连接器的外壳连接到大地上。由于连接器的外壳一般与已接地的设备前面板相连接，连接到到外屏蔽层的连接器外壳和连接器的5针在网络中一点连接。这可以被应用到类似的内屏蔽层也接地的设备上。2.3.2电缆有效电阻国际标准ISO/DIS-11898有以下推荐值：直流电压参数、终端电阻与波特率近似值，可以参考表2.1。表2.1与传输线长度相关的电缆直流参数推荐值总线长度电缆1*)终端电阻最大波特率直流电阻导线截面积0…40m70mΩ/m0.25mm²～0.34mm²AWG23,AWG22124Ω/1%1Mbpsat40m40m…300m60mΩ/m0.34mm²～0.6mm²AWG22,AWG20127Ω/1%2*)500Kbpsat100m300m…600m40mΩ/m0.5mm²～0.6mm²AWG20127Ω/1%2*)100Kbpsat500m600m…1km20mΩ/m0.75mm²～0.8mm²AWG18127Ω/1%2*)50Kbpsat1km1)电缆交流参数推荐值：120Ω特征电阻、5ns/m延时；2)为了把电缆直流电阻引起的电压衰减降到最小，较大的终端电阻值（例如选用非标准的150～300Ω；而在ISO11898标准中，提供的参考值为“118ΩRT130Ω”范围）有助于增加总线长度。2.3.3DB9连接器的有效电阻当确定电缆的电压衰减后，连接器的传输电阻也需要考虑在电缆电阻中。依照生产商的规范，e.g.DB9连接器每个触点的容抗在2.5mΩ和10mΩ之间，每个插头的有效电阻增加5mΩ到20mΩ。2.3.4电