can总线双绞线和光纤.doc

摘要在分析 CAN 总线双绞线和光纤传输特点的基础上, 提出一种基于光纤收发一体模块及 CAN 总线控制器 SJAl000 的光纤传输接口设计方案; 详细介绍光纤收发器的选取及传输接口的实现; 根据光纤收发一体模块对信号源时钟提取的要求以及 CA N 总线的非破坏性总线仲裁的特点, 设计了一种 CAN 总线信号编解码方法, 井用 FPGA 加以实现; 通过实际的通信实验验证了设计方案的正确性, 并根据实验数据对 CAN 总线在两种介质下的传输性能作了比较。引言作为一种成熟的现场总线技术, CAN(Controller work) 总线在汽车、电力、机械、化工等工业控制领域得到了极为广泛的应用。 CAN 协议标准中规定了 CAN 总线支持的两种传输介质——双绞线和光纤。目前,绝大多数 CAN 总线系统采用的都是双绞线传输。光纤一般应用于大容量、高速率的传输中,对于 CAN 总线这种传输速率较低、数据量较小的现场总线通信, 光纤传输的优势得不到完全发挥, 因此光纤传输的应用还不多。国内外多家研究机构也都进行了 CAN 总线光纤传输的研究,但主要是基于分立光纤收发元件的方法。本文介绍了一种使用光纤收发一体模块, 结合编解码算法实现 CAN 总线光纤传输接口的方案; 根据 CAN 总线的特点和实验数据,分析了 CAN 总线在光纤介质下传输性能的改善。 1 CAN 总线的双绞线及光纤传输 CAN 总线双绞线传输 CAN 总线典型的网络拓扑是总线结构。 1993 年颁布的国际标准 ISOll898 对基于双绞线的 C AN 总线传输介质特性做出了建议: 总线可具有两种逻辑状态, 即隐性( 逻辑“1”) 或显性( 逻辑“O”) 。图 1 为基于 CAN 总线控制器 SJAl000 和总线驱动器 PCA82C250 的 CAN 双绞线传输网络结构图。 CAN 总线双绞线传输接口的特点是技术上容易实现,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。但随着频率的增长,双绞线线对的衰减迅速增大; 双绞线还有所谓近端串扰, 即在“发送线对”和“接收线对”之间存在电磁耦合干扰。另外, 双绞线的传输速率受距离限制比较大。这些缺陷使得 CAN 总线不宜在强干扰、高速率、远距离的场合下使用双绞线作为传输介质。 CAN 总线光纤传输 CAN 协议支持光纤作为传输介质,但是由于 CAN 总线网络一般采用总线型结构,并且其总线仲裁采取的是具有优先级的非破坏性 CSMA( 载波侦听多路访问) ,而光纤信号的传输则是单向的,因此最简单实用的方法是在某些总线支路上采用光纤介质,整个 CAN 网络为双绞线和光纤两种传输介质混合使用的方式。结构如图 2 所示。作为传输介质,光纤在抗干扰性、传输容量、速率等方面具有许多比双绞线优良的特性。因此,在某些环境恶劣、地理分布范围较广、速率要求较高的 CAN 总线系统中,可以在相应的支路上使用光纤传输,从而保证整个 CAN 网络的性能。 2 光纤传输接口实现方案 光纤收发模块的选用实现光纤传输的一个重要环节就是完成总线信号的光电转换,可以使用专用的光纤收发器件。目前, 光纤收发器有两种类型: 一种是基于分立元件的, 即光接收和光发送模块足独立的。这种光收发模块相对比较简单,光发射部分主要由光源和偏置控制电路组成; 光接