CN217546082U - 一种can总线电阻匹配电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种CAN总线电阻匹配电路，包括一用于总线阻抗匹配的第一电阻电路、用于总线地址位匹配的第二电阻电路、用于切换第一电阻电路和第二电阻电路接入状态的切换电路，以及控制所述第一电阻电路和第二电阻电路通断状态的开关电路，所述CAN总线电阻匹配电路通过所述切换电路和开关电路接通所述第一电阻电路或第二电阻电路，以实现总线阻抗匹配或地址匹配。与现有技术相比，本实用新型利用拨码开关组成开关电路，匹配电阻提供了灵活的接入方式，既可提供最大16终端组成的总线网络功能，又能使终端具有匹配总线阻抗的功能。

Description

一种CAN总线电阻匹配电路

技术领域

本实用新型涉及工业串口通信领域，特别是一种CAN总线电阻匹配电路。

背景技术

在现代的智能制造背景下，工业应用需要设备具备可靠稳定的通讯功能，包括收发监控数据，控制指令等。工业中，CAN是广泛使用的一种总线技术；ISO 11898-2 是CAN使用最多的物理层标准，其数据速率最大可达1Mbit/s （最大速率时需要总线长度为40m)。以合理的成本达到好的抗干扰是非常重要的目标。屏蔽电缆成本太高，所以一般使用双绞线作为成本和抗干扰的折中方案。在实际应用中，当导线不和其特性阻抗相匹配时，导线两端会对信号产生反射。所以总线每端都连接120欧的电阻，大概对应双绞线的特性阻抗。但是在实际中，CAN总线的特征阻抗根据走线的设置而不同。例如在导线长度很短时，CAN总线上可以不接两个电阻。而有些电阻非直接连接到线束中，有些收发器还集成了接入电阻。所以为满足实际应用场景多样性，使用开关的形式提供是否连接两个或一个匹配电阻的选项是十分重要的。

因此，如何设计一种CAN总线电阻匹配电路，能提供灵活的匹配电阻接入方式，是业界亟待解决的技术问题。

实用新型内容

针对现有技术中，CAN总线电阻的连接无法适应场景多样性的使用需求，本实用新型提出了一种CAN总线电阻匹配电路。

本实用新型的技术方案为，提出了一种CAN总线电阻匹配电路，包括一用于总线阻抗匹配的第一电阻电路、用于总线地址位匹配的第二电阻电路、用于切换第一电阻电路和第二电阻电路接入状态的切换电路，以及控制所述第一电阻电路和第二电阻电路通断状态的开关电路，所述CAN总线电阻匹配电路通过所述切换电路和开关电路接通所述第一电阻电路或第二电阻电路，以实现总线阻抗匹配或地址匹配。

进一步，所述开关电路采用拨码开关，所述拨码开关包括并联设置的开关S1、开关S2、开关S3和开关S4，所述开关S1一端接地、另一端连接到用于输出电信号的第一信号插针，所述开关S2一端接地、另一端连接到用于输出电信号的第二信号插针，所述开关S3和开关S4同时接入到所述第一电阻电路和第二电阻电路，所述拨码开关通过所述开关S3和开关S4切换第一电阻电路和第二电阻电路的通断状态。

进一步，还包括与所述第一电阻电路连接的通讯单元，所述通讯单元具有用于与第一电阻电路连接的第一接口单元和第二接口单元、以及用于与外部电路连接的第三接口单元，所述通讯单元串联于第一电阻电路内，于所述第一电阻电路接入时触发通讯功能。

进一步，所述第一电阻电路包括：电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4；

所述电阻R1一端分别连接到所述开关S3和开关S4的第一端、另一端连接到所述第二接口单元，所述电阻R2并联于所述电阻R1两端，所述电阻R3一端分别连接到所述开关S3和开关S4的第二端、另一端连接到所述第一接口单元，所述电阻R4并联于所述电阻R3两端。

进一步，所述第二电阻电路包括：电阻R5、电阻R6和电阻R7；

所述电阻R5一端分别连接到所述开关S3和开关S4的第一端、另一端接地，

所述电阻R6一端连接到所述开关S3的第二端、另一端连接到用于输出电信号的第三信号插针，所述电阻R7一端连接到所述开关S4的第二端、另一端连接到用于输出电信号的第四信号插针。

进一步，所述电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4的阻值满足计算模型：

Rx=（R1*R2）/（R1+R2）+（R3*R4）/(R3+R4)；

其中，Rx为总线需要匹配的特性阻抗值、R1为电阻R1的阻值、R2为电阻R2的阻值、R3为电阻R3的阻值、R4为电阻R4的阻值。

进一步，所述电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4的阻值相同，且阻值均为120欧姆。

进一步，所述电阻R5、电阻R6和电阻R7采用零欧姆电阻。

进一步，所述切换电路采用单刀双掷开关、继电器中的至少一种。

与现有技术相比，本实用新型至少具有如下有益效果：

本实用新型利用拨码开关组成开关电路，匹配电阻提供了灵活的接入方式，既可提供最大16终端组成的总线网络功能，又能使终端具有匹配总线阻抗的功能。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的电路原理图。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

由此，本说明书中所指出的一个特征将用于说明本实用新型的一个实施方式的其中一个特征，而不是暗示本实用新型的每个实施方式必须具有所说明的特征。此外，应当注意的是本说明书描述了许多特征。尽管某些特征可以组合在一起以示出可能的***设计，但是这些特征也可用于其他的未明确说明的组合。由此，除非另有说明，所说明的组合并非旨在限制。

下面结合附图以及实施例对本实用新型的原理及结构进行详细说明。

在实际应用中，当导线不和其特性阻抗相匹配时，导线两端会对信号产生反射。所以总线每端都连接120欧的电阻，大概对应双绞线的特性阻抗。但是在实际中，CAN总线的特征阻抗根据走线的设置而不同。例如在导线长度很短时，CAN总线上可以不接两个电阻。而有些电阻非直接连接到线束中，有些收发器还集成了接入电阻，使现有CAN总线电阻的连接无法适应场景多样性的使用需求。本实用新型的思路在于，利用拨码开关组成开关电路，匹配电阻提供了灵活的接入方式，既可提供最大16终端组成的总线网络功能，又能使终端具有匹配总线阻抗的功能。

具体的，本实用新型提出的CAN总线电阻匹配电路，包括一用于总线阻抗匹配的第一电阻电路、用于总线地址位匹配的第二电阻电路、用于切换第一电阻电路和第二电阻电路接入状态的切换电路，以及控制第一电阻电路和第二电阻电路通断状态的开关电路，CAN总线电阻匹配电路通过切换电路和开关电路接通第一电阻电路或第二电阻电路，以实现总线阻抗匹配或地址匹配。

本实用新型在工作时，先通过切换电路切换第一电阻电路接入电路或第二电阻电路接入电路，当切换至第一电阻电路接入时，本实用新型工作用于总线阻抗匹配；当切换至第二电阻电路接入时，本实用新型工作用于总线地址匹配。开关电路用于控制第一电阻电路或第二电阻电路的通断，当第一电阻电路接入时，开关电路用于控制第一电阻电路的通断，当第二电阻电路接入时，开关电路用于控制第二电阻电路的通断，通过该设计方式，可以为匹配电阻提供灵活的接入方式，以适应各种不同场合的使用需求。

请参见图1，本实用新型提出的开关电路采用拨码开关SW，其拨码开关SW包括并联设置的开关S1、开关S2、开关S3和开关S4，其中，开关S1一端接地、另一端连接到用于输出电信号的第一信号插针A1，开关S2一端接地、另一端连接到用于输出电信号的第二信号插针A2，开关S3和开关S4同时接入到第一电阻电路和第二电阻电路，拨码开关SW通过开关S3和开关S4切换第一电阻电路和第二电阻电路的通断状态。

具体的，拨码开关SW的型号为EPG104A，其为4位－SPST（单刀双掷）-24VDC-25mA，其可以通过信号第一信号插针A1和第二信号插针A2提供至少2位的地址位，通过第一信号插针A1和第二信号插针A2与终端设备连接，可以配置为终端设备的物理地址，组成4个单元组成的***，满足开关电源在工业中通过并机扩大功率，提升效率的需求。此外，开关S3和开关S4还连接有第三输出插针A3和第四输出插针A4，在接通第二电阻电路时，能提供额外两个地址位输出，提供最大16个终端组成的总线网络功能。其开关S3和开关S4采用并联形式，提高了开关在信号高低切换时的通电流能力，而不引入较大的杂散电感。

进一步的，第一电阻电路连接有一通讯单元，通讯单元具有用于与第一电阻电路连接的第一接口单元和第二接口单元、以及用于与外部电路连接的第三接口单元，通讯单元串联于第一电阻电路内，于第一电阻电路接入时触发通讯功能。

具体的，通讯单元的型号为J5111，其具有三个输出引脚，其引脚1和引脚2用于与第一电阻电路连接，引脚3用于与外部电路连接或接地，其相当于串联在第一电阻电路内，当切换电路控制第一电阻电路接入，且使第一电阻电路触发时，通讯单元能够实现通信功能，以匹配终端设备的使用。

请参见图1，第一电阻电路包括：电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4；

其电阻R1一端分别连接到开关S3和开关S4的第一端、另一端连接到第二接口单元，电阻R2并联于电阻R1两端，电阻R3一端分别连接到所述开关S3和开关S4的第二端、另一端连接到所述第一接口单元，所述电阻R4并联于所述电阻R3两端。

在开关S3和开关S4闭合后，电阻R1和电阻R2处于并联状态、电阻R3和电阻R4处于并联状态，且并联后通过通讯单元和拨码开关SW组成回路，使电阻R1和电阻R2并联后与电阻R3和电阻R4并联后再串联到一起。本实用新型通过这种连接方式，能提高总线的负载能力，减少匹配电阻引入的杂散参数，保证导线接入后阻抗不受影响。

根据电路原理，电阻R1与电阻R2并联后的阻值为（R1*R2）/（R1+R2），电阻R3和电阻R4并联后的阻值为（R3*R4）/(R3+R4)，其并联后再串联后的总电阻为（R1*R2）/（R1+R2）+（R3*R4）/(R3+R4)。为匹配总线电阻功能，电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4应该满足计算模型：

Rx=（R1*R2）/（R1+R2）+（R3*R4）/(R3+R4)；

其中，Rx为总线需要匹配的特性阻抗值、R1为电阻R1的阻值、R2为电阻R2的阻值、R3为电阻R3的阻值、R4为电阻R4的阻值。

通过该设计，可以使其满足总线阻抗的匹配需求，现有技术中，总线阻抗一般需要匹配120欧姆的电阻，以大概对应双绞线的特性阻抗，因此，电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4组成的第一电阻电路的总阻值应该为120欧姆。本实用新型中，将电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4的阻值设置相同，且每个均为120欧姆，使第一电阻电路总阻值为120欧姆，满足阻抗匹配需求。

在本实用新型其他实施例中，还可以去掉电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4中的任意3个电阻，只接入其中一电阻，以达到120欧姆电阻匹配的需求。

请参见图1，第二电阻电路包括：电阻R5、电阻R6和电阻R7；

电阻R5一端分别连接到开关S3和开关S4的第一端、另一端接地，电阻R6一端连接到开关S3的第二端、另一端连接到用于输出电信号的第三信号插针A3，所述电阻R7一端连接到开关S4的第二端、另一端连接到用于输出电信号的第四信号插针A4。

具体的，电阻R5、电阻R6和电阻R7采用型号为RS-03000JT的片状电阻器1/10W-0Ω-50mΩMAX-0603，其阻值为0欧姆，在第一电阻电路断开而第二电阻电路接入时，通过0欧姆电阻的接入，能够导通第三信号插针A3和第四信号插针A4，此时，拨码开关SW相当于一个具有4个地址位（分别为A1、A2、A3和A4）的拨码开关，通过地址位的高低电平组合，可以提供最大16个终端组成的总线网络功能。

进一步的，切换电路采用单刀双掷开关、继电器中的至少一种。

当切换电路采用单刀双掷开关时，可以将其固定端设置在拨码开关SW上，并与开关S3和开关S4串联，第一动端连接到第一电阻电路，第二动端连接到第二电阻电路，当单刀双掷开关切换至固定端与第一动端连接时，第一电阻电路接入电路，当单刀双掷开关切换至固定端与第二动端连接时，第二电阻电路接入电路。

当切换电路采用继电器时，可以采用常闭继电器，其控制端直接设于拨码开关SW处，其控制端上电与否可以通过人工控制，然后将其不动端设置与开关S3和开关S4连接，第一动端连接到第一电阻电路，第二动端连接到第二电阻电路，常闭状态下，不动端与第一动端连接，第一电阻电路接入电路，当控制端上电后，继电器切换至与第二动端连接，使第二电阻电路接入电路。

需要指出的时，切换电路的设置并非仅上述两种实施方式，其只要能达到切换第一电阻电路和第二电阻电路的接入均应处于本实用新型的保护范围。此外，由于本实用新型的电阻R1至电阻R7均采用片状电阻器，其还可以根据用户自主选择是否贴装以满足第一电阻电路和第二电阻电路的切换（图1中并未示出切换电路的连接）。

本实用新型的工作原理为：

当切换电路切换使第一电阻电路接入时，当开关S3和开关S4闭合时，电阻R1与电阻R2并联形成60欧姆电阻，电阻R3和电阻R4并联形成60欧姆电阻，然后再串联形成120欧姆的电阻，使终端具有匹配总线阻抗的功能。开关S3和开关S4用于控制第一电阻电路的通断，当需要匹配总线阻抗时则闭合，反之则断开。

当切换电路切换使第二电阻电路接入时，当开关S3和开关S4闭合时，电阻R5、电阻R6、电阻R7工作相当于导线，此时第三信号插针A3和第四信号插针A4接入电路，此时拨码开关SW具有四个地址位，通过第一信号插针A1、第二信号插针A2、第三信号插针A3和第四信号插针A4实现，其能够提供最大16个终端组成的总线网络功能。开关S3和开关S4用于控制第二电阻电路的通断，当需要增加地址位时则闭合，反之则断开。

与现有技术相比，本实用新型利用拨码开关组成开关电路，匹配电阻提供了灵活的接入方式，既可提供最大16终端组成的总线网络功能，又能使终端具有匹配总线阻抗的功能。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种CAN总线电阻匹配电路，其特征在于，包括一用于总线阻抗匹配的第一电阻电路、用于总线地址位匹配的第二电阻电路、用于切换第一电阻电路和第二电阻电路接入状态的切换电路，以及控制所述第一电阻电路和第二电阻电路通断状态的开关电路，所述CAN总线电阻匹配电路通过所述切换电路和开关电路接通所述第一电阻电路或第二电阻电路，以实现总线阻抗匹配或地址匹配。

2.根据权利要求1所述的CAN总线电阻匹配电路，其特征在于，所述开关电路采用拨码开关，所述拨码开关包括并联设置的开关S1、开关S2、开关S3和开关S4，所述开关S1一端接地、另一端连接到用于输出电信号的第一信号插针，所述开关S2一端接地、另一端连接到用于输出电信号的第二信号插针，所述开关S3和开关S4同时接入到所述第一电阻电路和第二电阻电路，所述拨码开关通过所述开关S3和开关S4切换第一电阻电路和第二电阻电路的通断状态。

3.根据权利要求2所述的CAN总线电阻匹配电路，其特征在于，还包括与所述第一电阻电路连接的通讯单元，所述通讯单元具有用于与第一电阻电路连接的第一接口单元和第二接口单元、以及用于与外部电路连接的第三接口单元，所述通讯单元串联于第一电阻电路内，于所述第一电阻电路接入时触发通讯功能。

4.根据权利要求3所述的CAN总线电阻匹配电路，其特征在于，所述第一电阻电路包括：电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4；

所述电阻R1一端分别连接到所述开关S3和开关S4的第一端、另一端连接到所述第二接口单元，所述电阻R2并联于所述电阻R1两端，所述电阻R3一端分别连接到所述开关S3和开关S4的第二端、另一端连接到所述第一接口单元，所述电阻R4并联于所述电阻R3两端。

5.根据权利要求2所述的CAN总线电阻匹配电路，其特征在于，所述第二电阻电路包括：电阻R5、电阻R6和电阻R7；

所述电阻R5一端分别连接到所述开关S3和开关S4的第一端、另一端接地，

所述电阻R6一端连接到所述开关S3的第二端、另一端连接到用于输出电信号的第三信号插针，所述电阻R7一端连接到所述开关S4的第二端、另一端连接到用于输出电信号的第四信号插针。

6.根据权利要求4所述的CAN总线电阻匹配电路，其特征在于，所述电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4的阻值满足计算模型：

Rx=（R1*R2）/（R1+R2）+（R3*R4）/(R3+R4)；

其中，Rx为总线需要匹配的特性阻抗值、R1为电阻R1的阻值、R2为电阻R2的阻值、R3为电阻R3的阻值、R4为电阻R4的阻值。

7.根据权利要求6所述的CAN总线电阻匹配电路，其特征在于，所述电阻R1、电阻R2、电阻R3和电阻R4的阻值相同，且阻值均为120欧姆。

8.根据权利要求5所述的CAN总线电阻匹配电路，其特征在于，所述电阻R5、电阻R6和电阻R7采用零欧姆电阻。

9.根据权利要求1所述的CAN总线电阻匹配电路，其特征在于，所述切换电路采用单刀双掷开关、继电器中的至少一种。

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