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[摘 要]CAN总线技术将发动机控制器、变速器控制器、ABS控制器以及车辆上其他控制器和各类型的传感器之间的数据通信联系起来，使整车线束布置更加紧凑。本文就光纤CAN总线集线器及其组网进行研究。
[关键词]CAN总线 控制器局部网 集线器
中图分类号：TP393.08 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）01-0268-01
引言
CAN通讯协议主要描述设备之间的信息传递方式，CAN层的定义与开放系统互连模型（OSI）一致。CAN的规范定义了模型的最下面两层：数据链路层和物理层。应用层协议可以由CAN用户定义成适合特殊工业领域的任何方案。物理层的作用是在不同节点之间根据所有的电气属性进行位信息的实际传输。当然，在同一网络内，物理层对于所有的节点必须是相同的。
一、CAN总线上的通信结构与实现
CAN能够使用多种物理介质，例如双绞线、同轴电缆、光纤等。最常用的就是双绞线，Wire-CAN总线网络的拓扑结构如图1所示。
图1中CAN控制器为SJA1000，其输入输出电平为TTL电平。CAN收发器为82C250，它对总线提供差动发送能力，对CAN控制器提供差动接受能力，即82C250实现TTL电平和CAN总线差动信号之间的相互转换，使总线具有较强的抗EMI特性。
信号使用差分电压传送，两条信号线被称为“CAN_H”和“CAN_L”，静态时均是2.5V左右，此时状态表示为逻辑“1”，也可以叫做“隐性”。用CAN_H比CAN_L高表示逻辑“0”，称为“显形”，此时，通常电压值为：VCAN_H=3.5V和VCAN_L=1.5V。CAN总线中各节点通过“线与”逻辑关系连接到总线上，逻辑“0”可以覆盖逻辑“1”，当某一节点发送的标识符中某位为“1”，而其他节点发送标识符的相应位为“0”时，发送“1”的节点会失去仲裁，主动退出竞争并转为接收状态，CAN总线多主站依据优先权进行总线访问，从而节点间数据传送避免了总线冲突。
二、光纤CAN总线网络的拓扑结构及接口电路设计
光纤CAN（Fiber-CAN）网络的拓扑结构如图2所示。各节点的接口电路由CAN收发器、光发射模块、光接收模块组成和实现逻辑控制关系的CPLD来构成。由于CAN总线的最高传输速率为1Mbit/s，光发射模块和光接收模块的输入输出电信号是典型TTL电平，除实现光电转换外它们还具有光电隔离作用，所以Fiber-CAN网络无需光电隔离器。
光纤CAN总线网络与双绞线网络不同，光纤网络由于其信号传输的单向性，只能实现点对点的连接，每个节点必须能自动转发总线信号。为了实现信号的自动转发，本设计采用了如图2所示的Fiber-CAN总线接口电路。利用CAN总线收发芯片82C250的“线与”特性，实现光信号的自动转发。具有双绞线接口的CAN网络节点只需要一个光纤接口电路模块就可以很方便地加到光纤网络上。
Fiber-CAN网络接口电路的功能是：当CAN系统通信正常时，电路的82C250芯片收发该节点双绞线接口提供的差分信号。节点的CAN控制器通过双绞线接口接收来自光纤接口电路提供的总线状态信号tx，rx是本节点控制器输出信号。led_a/led_b是光发射模块A/B的驱动信号，pin_a/pin_b为光接收模块A/B产生的状态信号。pina_led、pinb_led、rx_led分别为两个光接收模块和CAN收发器接收端的状态指示信号，当对应的端口有显性数据，即CPLD的输入信号pin_a、pin_b、rx逻辑为“1”时，分别驱动对应的发光二极管指示其通信状态。
三、光收发模块电路
光收发模块是光纤通信收发端光电转换器和电路控制器的组合，其作用是实现光/电信号的转换。本设计采用的光收发模块的工作波长为1310nm，有光发射和接收两个模块。
（1）光发射模块是将数据信号转变为光信号送入光纤进行传输，主要包括发光二极管（LED）。本设计所选用的LED，它具有耦合效率高、驱动电流小、功耗低和可靠性高等特点。当使用62.5/125μm光纤，LED的驱动电流Ifon=100mA时，其输出光功率为-10.0dBm（100μW）。
因为数据信号通常是电压信号，而驱动LED需要电流信号，所以需要将电压信号调制成电流信号输出，这通常是利用三极管的开关特性来实现。
（2）光接收模块的功能是将光纤中传输的微弱光信号转变为电信号，模块中包含：激光信号探测器（PIN），前置跨阻放大器（U1），主放大器（U2）和比较器（U3）。
所选用探测器PIN的探测灵敏度为-43.0dBm（≈0.05μW）。探测器首先将光信号转换成模拟电压后，由于输出模拟信号，应加电路将其转换成数字信号，使它和数字系统兼容。驱动及模数转换电路图如图3所示。
因为从PIN中获得的电信号十分微弱，通常为微安或纳安量级，所以要采用前置跨阻放大器将电流信号转变为电压信号；由于前置跨阻放大器受到放大倍数的限制，输出信号的幅度往往较小，不能满足判决电路对输入幅度的要求，因而还需要主放大器进行放大，然后由比较器进行电平判决，整形后输出标准的TTL信号。
四、结束语
总之，与光纤媒介的结合可以提高CAN网络的性能、扩展CAN总线的应用领域，具有现实意义和非常广泛的市场前景。
参考文献
[1]罗峰，莫莽，刘矗，黄志辉.CAN总线干扰发生器研制[J].电子测量与仪器学报.2009（S1）
[2]张鑫，文怀兴.CAN总线光纤通信接口设计[J].西北大学学报（自然科学版）.2008（02）
