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Buslänge l 2 Grundlagen

Buslänge l 2 Grundlagen 2·l 75 %·c0 ∆Prop 45% ∆Prop 75% 2·l 45 %·c0 64BRP 4 MHzClock 30 m 4,45 10−7s 2,67 10−7s 0,03 0,02 100 m 1,48 10−6s 8,90 10−7s 0,09 0,06 250 m 3,71 10−6s 2,22 10−6s 0,23 0,14 500 m 7,41 10−6s 4,45 10−6s 0,46 0,28 1000 m 1,48 10−5s 8,90 10−6s 0,93 0,56 2500 m 3,71 10−5s 2,22 10−5s 2,32 1,39 5000 m 7,41 10−5s 4,45 10−5s 4,63 2,78 64BRP 4 MHzClock Tabelle 2.2: Über die Leitungslänge für zwei verschiedene Propagationsgeschwindigkeiten hergeleitete Propagationszeiten und deren Konsequenz als Anteil am Propagation-Segment, bei vorgegebenem Bitrate-Prescaler und Mikroprozessortakt. einem Medium erfolgt mit einem mediumspezifischen Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit. Anhand der doppelten Leitungslänge (siehe Punkt 2 und Punkt 4) lässt sich der signalausbreitungsbedingte Anteil des Propagation-Segments genau bestimmen, wenn man die Ausbreitungsgeschwindigkeit im jeweiligen Leiter kennt. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit ist nach oben hin durch die Lichtgeschwindigkeit begrenzt und hängt von Leitereigenschaften ab. Twisted-Pair-Kabel haben eine Signalausbreitung von 40 % · c0 bis 75 % · c0 [13]. In Tabelle 2.2 werden Leitungslängen den Ausbreitungszeiten sowie den Propagation-Segmentteilen unter bestimmten Voraussetzungen (Clock und BRP) gegenübergestellt. Der Bitrate-Prescaler (BRP) wurde hier bewusst maximal gewählt sowie der Mikroprozessortakt (Clock) bewusst klein gewählt wurde. Die Dauer eines Time-Quants (TQ) errechnet sich über TQ = BRP . Bereits ein Faktor Clock von 2 hätte hier bewirkt, dass für 45 % · c0 das Propagation-Segmentmaximum von 8 überschritten worden wäre. [7] Der CAN-Bus wurde für Fahrzeuge entwickelt und kann die maximale Datenrate von 1 MBps erreichen. Der Fahrzeugumfang eines Audi A8 ist etwa 15 m, wodurch das Propagation-Segment selbst bei einem 16 MHz Mikrocontroller und BRP = 2 mit Prop = 3 auch bei schlechter Leitung – schlecht im Sinne der Signalgeschwindigkeit – ausreichend bemessen ist. Um 1 MBps bei 16 MHz und BRP = 2 zu erreichen, dürfen alle Segmente gemeinsam maximal TQ Gesamt = 8 lang sein. Demnach könnten hier TQ Phase 1 = 2 und TQ Phase 2 = 2 sein. Eine Aufstellung für verschiedene Buslängen empfohlene Bitraten ist in Tabelle 2.3 gegeben. Das Medium Als Medium kommen alle Übertragungsarten in Frage, die dominante und rezessive Bits übertragen können. Üblich sind in der Praxis Twisted-Pair-Kabel wegen der geringen Kosten. Empfehlenswert sind Koaxialkabel und Ladderlinekabel, da diese eine hohe Signalgeschwindigkeit gewährleisten. Lichtwellenleiter, kabellose 7

2 Grundlagen Bitrate Buslänge l 2·l 45 %·c0 2·l 75 %·c0 1000 kbps 30 m 4,45 10 −7 s 2,67 10 −7 s 500 kbps 100 m 1,48 10 −6 s 8,90 10 −7 s 250 kbps 250 m 3,71 10 −6 s 2,22 10 −6 s 125 kbps 500 m 7,41 10 −6 s 4,45 10 −6 s 62,5 kbps 1000 m 1,48 10 −5 s 8,90 10 −6 s 20 kbps 2500 m 3,71 10 −5 s 2,22 10 −5 s 10 kbps 5000 m 7,41 10 −5 s 4,45 10 −5 s Tabelle 2.3: Gegenüberstellung der für verschiedene Längen empfohlenen Bitraten mit Propagationszeiten aus zwei verschiedenen Propagationsgeschwindigkeiten. [1] Varianten, Powerlinelösungen 5 oder Singlelinelösungen 6 sind ebenfalls denkbar. Entscheidend ist bei allen die Übertragungsgeschwindigkeit, welche direkt Auswirkungen auf das Propagation-Segment hat und darüber die maximale Übertragungsgeschwindigkeit limitiert. Das Übertragungsmedium muss reflexionsfrei sein, im Fall der Twisted-Pair-Kabel bedeutet dies 120 Ω-CAN-Bus-Terminatoren an jedem Ende zwischen den CAN-Bus-Leitungen. [9] Knoten Terminator Brücke CAN_H CAN_L CAN-BUS CAN-Baum CAN-STERN Abbildung 2.3: Topologie des CAN-Bus Netzwerktopologie Die Netzwerktopologie des CAN-Bus ist eine Bus-Topologie, wie in Abbildung 2.3 dargestellt. Ein CAN-Bus kann mit einem anderen CAN-Bus über Verbindungsbausteine verbunden werden, wodurch auch komplexere Topologien möglich sind. Der Verbindungsbaustein hat zwei CAN-Schnittstellen und nimmt simultan in beiden Netzen teil. Wenn sich durch Verbindungsbausteine geschlossene 5 Powerline-Kommunikation ist die Kommunikation über Steckdosen mit Hilfe spezieller Powerlinemodems. CAN wird auch in der Heimautomation eingesetzt, wo sich Powerlinelösungen anbieten. 6 CAN_H und CAN_L sind gegenüber ihrer gemeinsamen Masse gespiegelte Signale. Die Information eines Kabels kann also ausreichen, wenn ein Bezugspunkt, wie beispielsweise eine gemeinsame Masse, vorhanden ist. Da in Fahrzeugen die Karosserie als gemeinsame Masse dienen kann, besteht hier die Möglichkeit auch nur eine Leitung zur Übertragung zu verlegen. 8

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