小卫星CAN总线网络物理层研究

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1、第19卷第3期航天器工程V01．19No．320l0年5月SPACE(：RAFTENGINEERING69小卫星CAN总线网络物理层研究钟时丁延卫(航天东方红卫星有限公司，北京100094)摘要控制器局域网(CAN)总线是目前卫星采用的总线之一，CAN总线网络物理层的设计对通信性能有直接影响。文章对传输介质、阻抗匹配、信号反射、接口电路、位定时配置和网络连接等设计进行了分析，对网络物理层主要参数的影响进行了仿真和测试，提出了传输介质、防反射、接口电路和位定时参数等四个方面的改进措施。关键词小卫星；控制器局域网；物理层；双绞线；特征阻抗；信号反射；位定时中图分类

2、号：V443．1文献标志码：A文章编号：1673—8748(2010)03—0069—05TechnologyofSatelliteNetworkPhysicalLayerBasedonCANbusZHoNGShiDINGYanwei(DFHSatelliteCO．LTD，Beijing100094)Abstract：CANbusisinregularusedbysatellite．ThedesignofCANnetworkphysicallayerhasdirectinfluenceoncommunicationperformance．Inthispaper

3、，byresearchingoftransmissionme—dium，impedancematching，signalreflecting，interfacecircuit，bittimingsettingandnetworkconnectingwhichbelongthesatellitenetworkphysicslayerbasedonCANbus，weputforwardadetailedsimulationandtest．Finally，thispaperprovidesamethodforimprovingthedesignofCANbusnet

4、workphysicallayerofsatellite．Keywords：smallsatellite；CANbus；physicallayer；twisted—pair；eigenimpedence；signalreflee—ting；bittiming1引言控制器局域网(ControllerAreaNetwork，CAN)是目前卫星星上网络常用的总线之一，其通信模型采用标准七层IS()／0SI网络架构中的三层，即物理层、数据链路层和应用层，有利于通信信号的实时传输。CAN物理层由传输介质、终端电阻、接口电路等组成，主要用于网络各节点间根据设定的电气特性进

5、行比特位的实际传输，是CAN总线网络设计的重点u]。本文通过分析物理层中等效电路模型、特征阻抗、信号反射、位定时、接1：3电路设计等对通信系统性能的影响，提出了提高通信质量和优化通信系统设计的建议和方法。2传输介质2．1幅频特性卫星CAN总线网络中使用的传输介质通常为AF46屏蔽双绞线电缆。图中Ui。为输入电压，U。。为输出电压，L为电感、C为电容，Rt为趋肤效应电阻，Rz为邻近效应电阻。根据基尔霍夫定律得到二者之间关系：收稿日期：20lO—Ol一30；修回日期：2010—04一Z3作者简介：钟时(1977一)，男，工程师，主要从事卫星星务分系统的研究。70航

6、天器工程19卷图1简化双绞线物理模型Fig．1Compactphysicsmodeloftwisted—pairR2U。。。1+R2(c】Cu“击R+(RI+如)1+2以⋯”⋯一万瓢可衰警而订面(1)R2+(1+R2以)(R，+k)⋯按规格为20m和1000m线缆(型号AF46)的物理特性参数，在Matlab软件中对不同长度双绞线模型的幅值频率特性进行分析，结果如图2所示。图220m和1000m双绞线信号传输幅频特性Fig．2Amplitudefrequencecharacteristicsof20mand1000mcables由图2所知，当同样使用104kH

7、z频率信号进行通信时，1000m电缆的电压幅值传递函数的只能达到0．5dB左右，是不能进行正常通信的；20m电缆的电压幅值传递函数则能达到近似ldB，则完全能够实现高速正常通信的。因此采用较短总线长度较好。2．2特征阻抗双绞线特征阻抗值为z=了V(2)式(2)中，Z为特征阻抗，y为线缆上电压，J为线缆上电流，其中、厂、j为v：型些m／，s≈哩m／，ns，y2———：==-≈—=’qEr晖t～￡ff=筹=U×C一，×V(3)将式(3)带入(2)可得特征阻抗z一掣石(4)式中，C。为导线单位长度电容(单位nF)，C。的数值由实际电缆特征确定(厂家提供)，e，为绝缘

8、材料的相对介电常数(2～3)。由式(4