探索MCP2561/2FD：高性能CAN FD收發(fā)器的卓越之選

在當(dāng)今的電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域，CAN（Controller Area Network）總線(xiàn)憑借其高可靠性、實(shí)時(shí)性和抗干擾能力，在汽車(chē)、工業(yè)自動(dòng)化等眾多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。而CAN FD（Flexible Data Rate）技術(shù)的出現(xiàn)，進(jìn)一步提升了CAN總線(xiàn)的數(shù)據(jù)傳輸速率和靈活性。Microchip Technology Inc.推出的MCP2561/2FD系列高速CAN收發(fā)器，正是為滿(mǎn)足CAN FD應(yīng)用需求而設(shè)計(jì)的高性能解決方案。本文將深入介紹MCP2561/2FD的特點(diǎn)、功能、電氣特性及應(yīng)用，希望能為電子工程師們?cè)谙嚓P(guān)設(shè)計(jì)中提供有價(jià)值的參考。

文件下載：MCP2562FD-E SN.pdf

一、產(chǎn)品概述

MCP2561/2FD是Microchip公司推出的第二代高速CAN收發(fā)器，它作為CAN協(xié)議控制器與物理總線(xiàn)之間的接口，具備差分收發(fā)能力，完全符合ISO - 11898 - 2和ISO - 11898 - 5標(biāo)準(zhǔn)。該系列產(chǎn)品不僅繼承了MCP2561/2的優(yōu)點(diǎn)，還在保證環(huán)路延遲對(duì)稱(chēng)性的基礎(chǔ)上，支持CAN FD高達(dá)5 Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率，并通過(guò)改善最大傳播延遲來(lái)支持更長(zhǎng)的總線(xiàn)長(zhǎng)度，滿(mǎn)足了汽車(chē)應(yīng)用中對(duì)CAN FD高比特率、低靜態(tài)電流、電磁兼容性（EMC）和靜電放電（ESD）的嚴(yán)格要求。

產(chǎn)品特性

• 高速CAN FD支持：優(yōu)化設(shè)計(jì)，可在2、5和8 Mbps的CAN FD數(shù)據(jù)速率下運(yùn)行，最大傳播延遲僅120 ns，環(huán)路延遲對(duì)稱(chēng)性在2 Mbps時(shí)為 - 10%/+10%。
• 標(biāo)準(zhǔn)兼容性：實(shí)現(xiàn)了ISO - 11898 - 2和ISO - 11898 - 5標(biāo)準(zhǔn)的物理層要求。
• 低功耗：典型待機(jī)電流僅5 μA，有效降低系統(tǒng)功耗。
• 寬電壓接口：VIO電源引腳可直接與1.8V至5.5V I/O的CAN控制器和微控制器接口。
• 穩(wěn)定輸出：SPLIT輸出引腳可在偏置分裂端接方案中穩(wěn)定共模。
• 總線(xiàn)保護(hù)：設(shè)備未供電時(shí)，CAN總線(xiàn)引腳斷開(kāi)連接，避免未供電節(jié)點(diǎn)或欠壓事件對(duì)CAN總線(xiàn)造成負(fù)載；具備接地故障檢測(cè)、電源復(fù)位和欠壓保護(hù)、短路保護(hù)、高壓瞬態(tài)保護(hù)、自動(dòng)熱關(guān)斷保護(hù)等功能。
• 高ESD保護(hù)：CANH和CANL引腳具有高達(dá)±14 kV（MCP2561FD）或±8 kV（MCP2562FD）的ESD保護(hù)，符合IEC61000 - 4 - 2標(biāo)準(zhǔn)。
• 多種封裝形式：提供PDIP - 8L、SOIC - 8L和3x3 DFN - 8L等多種封裝，滿(mǎn)足不同應(yīng)用需求。
• 寬溫度范圍：有擴(kuò)展（E）級(jí)（ - 40°C至 + 125°C）和高（H）級(jí)（ - 40°C至 + 150°C）兩種溫度范圍可選。

二、工作模式與功能

（一）模式控制

MCP2561/2FD支持兩種工作模式：正常模式和待機(jī)模式，通過(guò)STBY引腳的電平來(lái)選擇。

• 正常模式：將STBY引腳置為低電平，驅(qū)動(dòng)器模塊工作，可驅(qū)動(dòng)總線(xiàn)引腳，CANH和CANL輸出信號(hào)的斜率經(jīng)過(guò)優(yōu)化，以產(chǎn)生最小的電磁輻射（EME），高速差分接收器處于激活狀態(tài)。
• 待機(jī)模式：將STBY引腳置為高電平，發(fā)射器和接收器的高速部分關(guān)閉以降低功耗，低功耗接收器和喚醒濾波器模塊啟用，用于監(jiān)測(cè)總線(xiàn)活動(dòng)。當(dāng)CAN總線(xiàn)檢測(cè)到顯性狀態(tài)時(shí)，RXD引腳產(chǎn)生負(fù)邊沿，中斷CAN控制器，控制器需通過(guò)STBY引腳將設(shè)備切換回正常模式以進(jìn)行高速數(shù)據(jù)通信。需要注意的是，CAN總線(xiàn)喚醒功能要求VDD和VIO兩個(gè)電源電壓都在有效范圍內(nèi)。

（二）收發(fā)器功能

• 發(fā)射器功能：CAN總線(xiàn)有顯性和隱性?xún)煞N狀態(tài)，分別對(duì)應(yīng)TXD輸入引腳的低電平和高電平。當(dāng)另一個(gè)CAN節(jié)點(diǎn)發(fā)起顯性狀態(tài)時(shí)，會(huì)覆蓋CAN總線(xiàn)上的隱性狀態(tài)。
• 接收器功能：在正常模式下，RXD輸出引腳反映CANH和CANL之間的差分總線(xiàn)電壓，其低電平和高電平分別對(duì)應(yīng)CAN總線(xiàn)的顯性和隱性狀態(tài)。

（三）內(nèi)部保護(hù)

CANH和CANL引腳受到保護(hù)，可防止CAN總線(xiàn)上可能出現(xiàn)的電池短路和電瞬變，避免發(fā)射器輸出級(jí)在故障條件下?lián)p壞。此外，熱關(guān)斷電路可在結(jié)溫超過(guò)標(biāo)稱(chēng)極限（ + 175°C）時(shí)禁用輸出驅(qū)動(dòng)器，降低功耗，保護(hù)芯片免受總線(xiàn)短路引起的損壞。

（四）永久顯性檢測(cè)

該功能可防止TXD輸入和總線(xiàn)上出現(xiàn)永久顯性狀態(tài)。在正常模式下，若檢測(cè)到TXD輸入長(zhǎng)時(shí)間為低電平，將禁用CANH和CANL輸出驅(qū)動(dòng)器，直至TXD變?yōu)楦唠娖?；在待機(jī)模式下，若檢測(cè)到總線(xiàn)上長(zhǎng)時(shí)間處于顯性狀態(tài)，將把RXD引腳置為隱性狀態(tài)，允許連接的控制器進(jìn)入低功耗模式，直到顯性問(wèn)題解決。兩種情況的超時(shí)時(shí)間典型值為1.25 ms。

（五）電源復(fù)位和欠壓檢測(cè)

MCP2561/2FD在VDD和VIO兩個(gè)電源引腳上都有欠壓檢測(cè)功能，典型欠壓閾值分別為4V（VDD）和1.2V（VIO）。設(shè)備上電時(shí)，CANH和CANL保持高阻抗?fàn)顟B(tài)，直到VDD和VIO超過(guò)欠壓電平；在正常運(yùn)行中，若VDD電壓低于欠壓電平，CANH和CANL將進(jìn)入高阻抗?fàn)顟B(tài)。在正常模式下，VDD欠壓時(shí)接收器輸出將被強(qiáng)制置為隱性狀態(tài)；在待機(jī)模式下，低功耗接收器僅在VDD和VIO電源電壓高于各自的欠壓閾值時(shí)才啟用。

三、引腳描述

MCP2561/2FD的引腳功能豐富，不同型號(hào)的部分引腳有所差異，具體如下：

• TXD（發(fā)送數(shù)據(jù)輸入引腳）：根據(jù)TXD信號(hào)驅(qū)動(dòng)CANH和CANL差分輸出引腳，通常連接到CAN控制器的發(fā)送數(shù)據(jù)輸出端。在MCP2561FD和MCP2562FD中，TXD分別連接到內(nèi)部上拉電阻（標(biāo)稱(chēng)33 kΩ）至VDD或VIO。
• VSS（接地引腳）：提供接地參考。
• VDD（電源電壓引腳）：為發(fā)射器、接收器（包括喚醒接收器）供電。
• RXD（接收數(shù)據(jù)輸出引腳）：CMOS兼容輸出，根據(jù)CANH和CANL引腳的差分信號(hào)輸出高或低電平，通常連接到CAN控制器的接收數(shù)據(jù)輸入端。在MCP2561FD和MCP2562FD中，RXD分別由VDD或VIO供電。
• SPLIT（僅MCP2561FD有）：參考電壓輸出（定義為VDD/2），僅在正常模式下有效，待機(jī)模式或VDD關(guān)閉時(shí)浮空。
• VIO（僅MCP2562FD有）：為數(shù)字I/O引腳供電，在MCP2561FD中，數(shù)字I/O（TXD、RXD和STBY）的電源內(nèi)部連接到VDD。
• CANL（CAN低電平引腳）：驅(qū)動(dòng)CAN差分總線(xiàn)的低側(cè)，內(nèi)部連接到接收輸入比較器，設(shè)備未供電時(shí)與總線(xiàn)斷開(kāi)。
• CANH（CAN高電平引腳）：驅(qū)動(dòng)CAN差分總線(xiàn)的高側(cè)，內(nèi)部連接到接收輸入比較器，設(shè)備未供電時(shí)與總線(xiàn)斷開(kāi)。
• STBY（待機(jī)模式輸入引腳）：用于選擇正?；虼龣C(jī)模式，在MCP2561FD和MCP2562FD中，STBY分別連接到內(nèi)部MOS上拉電阻至VDD或VIO，電阻值取決于電源電壓。
• EP（外露散熱焊盤(pán)）：建議連接到VSS，以增強(qiáng)電磁抗擾性和散熱性能。

四、電氣特性

（一）術(shù)語(yǔ)定義

文檔中對(duì)描述CAN收發(fā)器電氣特性的多個(gè)術(shù)語(yǔ)進(jìn)行了定義，如總線(xiàn)電壓（VCANL和VCANH）、共?？偩€(xiàn)電壓范圍、差分內(nèi)部電容（CDIFF）、差分內(nèi)部電阻（RDIFF）、差分電壓（VDIFF）、內(nèi)部電容（CIN）和內(nèi)部電阻（RIN）等。

（二）絕對(duì)最大額定值

規(guī)定了設(shè)備的各項(xiàng)絕對(duì)最大額定值，包括電源電壓（VDD和VIO最大為7.0V）、各引腳的直流電壓、瞬態(tài)電壓、存儲(chǔ)溫度、工作環(huán)境溫度、虛擬結(jié)溫、引腳焊接溫度以及ESD保護(hù)等級(jí)等。超出這些額定值可能會(huì)對(duì)設(shè)備造成永久性損壞。

（三）DC特性

給出了不同溫度范圍（擴(kuò)展級(jí)E： - 40°C至 + 125°C和高級(jí)H： - 40°C至 + 150°C）、電源電壓（VDD = 4.5V至5.5V，VIO = 1.8V至5.5V）和負(fù)載條件下的直流特性參數(shù)，如電源電流、輸出電壓、輸入電流、欠壓閾值等。

（四）AC特性

在相同的溫度和電源條件下，規(guī)定了一些交流特性參數(shù)，如位時(shí)間（tBIT）、位頻率（fBIT）、傳輸延遲（tTXD - BUSON、tTXD - BUSOFF等）、環(huán)路延遲對(duì)稱(chēng)性等。這些參數(shù)對(duì)于確保CAN總線(xiàn)的高速穩(wěn)定通信至關(guān)重要。

五、典型應(yīng)用

為滿(mǎn)足EMC/EMI要求，當(dāng)數(shù)據(jù)速率大于1 Mbps時(shí)，可能需要使用共模扼流圈（CMC）。文檔給出了MCP2561FD和MCP2562FD的典型應(yīng)用電路示例，展示了如何將設(shè)備與PIC? MCU等控制器連接，并說(shuō)明了各元件的作用和參數(shù)選擇。

六、總結(jié)

MCP2561/2FD作為一款高性能的CAN FD收發(fā)器，憑借其豐富的功能、卓越的性能和可靠的保護(hù)機(jī)制，為CAN總線(xiàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了強(qiáng)大的支持。在實(shí)際應(yīng)用中，電子工程師們可以根據(jù)具體需求選擇合適的型號(hào)和封裝形式，并結(jié)合其電氣特性進(jìn)行合理的電路設(shè)計(jì)，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。同時(shí)，要注意遵循文檔中規(guī)定的各項(xiàng)參數(shù)和條件，避免因超出額定值而對(duì)設(shè)備造成損壞。大家在使用MCP2561/2FD進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，有沒(méi)有遇到過(guò)什么特別的挑戰(zhàn)呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享交流。