探索MCP2561/2FD：高性能CAN FD收发器的卓越之选

在当今的电子设计领域，CAN（Controller Area Network）总线凭借其高可靠性、实时性和抗干扰能力，在汽车、工业自动化等众多领域得到了广泛应用。而CAN FD（Flexible Data Rate）技术的出现，进一步提升了CAN总线的数据传输速率和灵活性。Microchip Technology Inc.推出的MCP2561/2FD系列高速CAN收发器，正是为满足CAN FD应用需求而设计的高性能解决方案。本文将深入介绍MCP2561/2FD的特点、功能、电气特性及应用，希望能为电子工程师们在相关设计中提供有价值的参考。

文件下载：MCP2562FD-E SN.pdf

一、产品概述

MCP2561/2FD是Microchip公司推出的第二代高速CAN收发器，它作为CAN协议控制器与物理总线之间的接口，具备差分收发能力，完全符合ISO - 11898 - 2和ISO - 11898 - 5标准。该系列产品不仅继承了MCP2561/2的优点，还在保证环路延迟对称性的基础上，支持CAN FD高达5 Mbps的数据传输速率，并通过改善最大传播延迟来支持更长的总线长度，满足了汽车应用中对CAN FD高比特率、低静态电流、电磁兼容性（EMC）和静电放电（ESD）的严格要求。

产品特性

• 高速CAN FD支持：优化设计，可在2、5和8 Mbps的CAN FD数据速率下运行，最大传播延迟仅120 ns，环路延迟对称性在2 Mbps时为 - 10%/+10%。
• 标准兼容性：实现了ISO - 11898 - 2和ISO - 11898 - 5标准的物理层要求。
• 低功耗：典型待机电流仅5 μA，有效降低系统功耗。
• 宽电压接口：VIO电源引脚可直接与1.8V至5.5V I/O的CAN控制器和微控制器接口。
• 稳定输出：SPLIT输出引脚可在偏置分裂端接方案中稳定共模。
• 总线保护：设备未供电时，CAN总线引脚断开连接，避免未供电节点或欠压事件对CAN总线造成负载；具备接地故障检测、电源复位和欠压保护、短路保护、高压瞬态保护、自动热关断保护等功能。
• 高ESD保护：CANH和CANL引脚具有高达±14 kV（MCP2561FD）或±8 kV（MCP2562FD）的ESD保护，符合IEC61000 - 4 - 2标准。
• 多种封装形式：提供PDIP - 8L、SOIC - 8L和3x3 DFN - 8L等多种封装，满足不同应用需求。
• 宽温度范围：有扩展（E）级（ - 40°C至 + 125°C）和高（H）级（ - 40°C至 + 150°C）两种温度范围可选。

二、工作模式与功能

（一）模式控制

MCP2561/2FD支持两种工作模式：正常模式和待机模式，通过STBY引脚的电平来选择。

• 正常模式：将STBY引脚置为低电平，驱动器模块工作，可驱动总线引脚，CANH和CANL输出信号的斜率经过优化，以产生最小的电磁辐射（EME），高速差分接收器处于激活状态。
• 待机模式：将STBY引脚置为高电平，发射器和接收器的高速部分关闭以降低功耗，低功耗接收器和唤醒滤波器模块启用，用于监测总线活动。当CAN总线检测到显性状态时，RXD引脚产生负边沿，中断CAN控制器，控制器需通过STBY引脚将设备切换回正常模式以进行高速数据通信。需要注意的是，CAN总线唤醒功能要求VDD和VIO两个电源电压都在有效范围内。

（二）收发器功能

• 发射器功能：CAN总线有显性和隐性两种状态，分别对应TXD输入引脚的低电平和高电平。当另一个CAN节点发起显性状态时，会覆盖CAN总线上的隐性状态。
• 接收器功能：在正常模式下，RXD输出引脚反映CANH和CANL之间的差分总线电压，其低电平和高电平分别对应CAN总线的显性和隐性状态。

（三）内部保护

CANH和CANL引脚受到保护，可防止CAN总线上可能出现的电池短路和电瞬变，避免发射器输出级在故障条件下损坏。此外，热关断电路可在结温超过标称极限（ + 175°C）时禁用输出驱动器，降低功耗，保护芯片免受总线短路引起的损坏。

（四）永久显性检测

该功能可防止TXD输入和总线上出现永久显性状态。在正常模式下，若检测到TXD输入长时间为低电平，将禁用CANH和CANL输出驱动器，直至TXD变为高电平；在待机模式下，若检测到总线上长时间处于显性状态，将把RXD引脚置为隐性状态，允许连接的控制器进入低功耗模式，直到显性问题解决。两种情况的超时时间典型值为1.25 ms。

（五）电源复位和欠压检测

MCP2561/2FD在VDD和VIO两个电源引脚上都有欠压检测功能，典型欠压阈值分别为4V（VDD）和1.2V（VIO）。设备上电时，CANH和CANL保持高阻抗状态，直到VDD和VIO超过欠压电平；在正常运行中，若VDD电压低于欠压电平，CANH和CANL将进入高阻抗状态。在正常模式下，VDD欠压时接收器输出将被强制置为隐性状态；在待机模式下，低功耗接收器仅在VDD和VIO电源电压高于各自的欠压阈值时才启用。

三、引脚描述

MCP2561/2FD的引脚功能丰富，不同型号的部分引脚有所差异，具体如下：

• TXD（发送数据输入引脚）：根据TXD信号驱动CANH和CANL差分输出引脚，通常连接到CAN控制器的发送数据输出端。在MCP2561FD和MCP2562FD中，TXD分别连接到内部上拉电阻（标称33 kΩ）至VDD或VIO。
• VSS（接地引脚）：提供接地参考。
• VDD（电源电压引脚）：为发射器、接收器（包括唤醒接收器）供电。
• RXD（接收数据输出引脚）：CMOS兼容输出，根据CANH和CANL引脚的差分信号输出高或低电平，通常连接到CAN控制器的接收数据输入端。在MCP2561FD和MCP2562FD中，RXD分别由VDD或VIO供电。
• SPLIT（仅MCP2561FD有）：参考电压输出（定义为VDD/2），仅在正常模式下有效，待机模式或VDD关闭时浮空。
• VIO（仅MCP2562FD有）：为数字I/O引脚供电，在MCP2561FD中，数字I/O（TXD、RXD和STBY）的电源内部连接到VDD。
• CANL（CAN低电平引脚）：驱动CAN差分总线的低侧，内部连接到接收输入比较器，设备未供电时与总线断开。
• CANH（CAN高电平引脚）：驱动CAN差分总线的高侧，内部连接到接收输入比较器，设备未供电时与总线断开。
• STBY（待机模式输入引脚）：用于选择正常或待机模式，在MCP2561FD和MCP2562FD中，STBY分别连接到内部MOS上拉电阻至VDD或VIO，电阻值取决于电源电压。
• EP（外露散热焊盘）：建议连接到VSS，以增强电磁抗扰性和散热性能。

四、电气特性

（一）术语定义

文档中对描述CAN收发器电气特性的多个术语进行了定义，如总线电压（VCANL和VCANH）、共模总线电压范围、差分内部电容（CDIFF）、差分内部电阻（RDIFF）、差分电压（VDIFF）、内部电容（CIN）和内部电阻（RIN）等。

（二）绝对最大额定值

规定了设备的各项绝对最大额定值，包括电源电压（VDD和VIO最大为7.0V）、各引脚的直流电压、瞬态电压、存储温度、工作环境温度、虚拟结温、引脚焊接温度以及ESD保护等级等。超出这些额定值可能会对设备造成永久性损坏。

（三）DC特性

给出了不同温度范围（扩展级E： - 40°C至 + 125°C和高级H： - 40°C至 + 150°C）、电源电压（VDD = 4.5V至5.5V，VIO = 1.8V至5.5V）和负载条件下的直流特性参数，如电源电流、输出电压、输入电流、欠压阈值等。

（四）AC特性

在相同的温度和电源条件下，规定了一些交流特性参数，如位时间（tBIT）、位频率（fBIT）、传输延迟（tTXD - BUSON、tTXD - BUSOFF等）、环路延迟对称性等。这些参数对于确保CAN总线的高速稳定通信至关重要。

五、典型应用

为满足EMC/EMI要求，当数据速率大于1 Mbps时，可能需要使用共模扼流圈（CMC）。文档给出了MCP2561FD和MCP2562FD的典型应用电路示例，展示了如何将设备与PIC® MCU等控制器连接，并说明了各元件的作用和参数选择。

六、总结

MCP2561/2FD作为一款高性能的CAN FD收发器，凭借其丰富的功能、卓越的性能和可靠的保护机制，为CAN总线系统的设计提供了强大的支持。在实际应用中，电子工程师们可以根据具体需求选择合适的型号和封装形式，并结合其电气特性进行合理的电路设计，以确保系统的稳定性和可靠性。同时，要注意遵循文档中规定的各项参数和条件，避免因超出额定值而对设备造成损坏。大家在使用MCP2561/2FD进行设计时，有没有遇到过什么特别的挑战呢？欢迎在评论区分享交流。