深入解析Microchip MCP2561/2FD高速CAN收发器

在CAN总线通信的世界里，一款性能卓越的收发器至关重要。Microchip的MCP2561/2FD高速CAN收发器就是这样一款值得深入研究的产品。它专为满足CAN FD（Flexible Data rate）在2、5和8 Mbps的高速运行而优化，能够为CAN协议控制器和物理总线之间搭建起稳定可靠的桥梁。

文件下载：MCP2561FD-E SN.pdf

产品特性一览

高速性能与低延迟

MCP2561/2FD在高速数据传输方面表现出色，其最大传播延迟仅为120 ns，并且在2 Mbps时的环路延迟对称性为 -10%/+10%，这使得它能够有效支持CAN FD所需的更高数据速率，同时也为更长的总线长度提供了可能。

标准兼容性

该收发器严格遵循ISO-11898-2和ISO-11898-5标准的物理层要求，确保了与其他符合标准的设备之间的良好兼容性。

低功耗设计

极低的待机电流是MCP2561/2FD的一大亮点，典型值仅为5 µA，这对于需要长时间运行且对功耗敏感的应用场景来说至关重要。

灵活的电源接口

VIO电源引脚允许它直接与I/O电压范围在1.8V至5.5V的CAN控制器和微控制器进行接口，无需额外的电平转换电路，简化了设计。

总线保护机制

当设备未供电时，CAN总线引脚会自动断开，避免了未供电节点或欠压事件对CAN总线的影响。同时，它还具备接地故障检测功能，能够检测TXD和总线上的永久显性状态，确保数据在总线上的安全传输。

多重防护功能

MCP2561/2FD拥有完善的防护措施，包括上电复位和欠压保护、短路保护、高压瞬态保护以及自动热关断保护等，能够在各种恶劣的工作环境下稳定运行。

高ESD防护能力

在CANH和CANL引脚上，MCP2561/2FD提供了高达±14 kV的ESD防护（符合IEC61000-4-2标准），有效防止静电对设备造成损害。

广泛的温度适应性

该收发器提供了扩展（-40°C至+125°C）和高温（-40°C至+150°C）两种温度范围的型号，适用于各种不同的工作环境。

丰富的封装形式

MCP2561/2FD提供了PDIP-8L、SOIC-8L和3x3 DFN-8L等多种封装形式，方便工程师根据实际应用需求进行选择。

工作模式详解

正常模式

当STBY引脚施加低电平电压时，MCP2561/2FD进入正常模式。在这种模式下，驱动模块处于工作状态，能够驱动总线引脚，并且CANH和CANL输出信号的斜率经过优化，以减少电磁辐射。同时，高速差分接收器也处于激活状态，确保数据的准确接收。

待机模式

通过向STBY引脚施加高电平电压，设备可以进入待机模式。在待机模式下，发射器和接收器的高速部分会关闭，以降低功耗。此时，低功耗接收器和唤醒滤波器会开启，用于监测总线上的活动。当总线上检测到显性状态时，CAN控制器会被RXD引脚的负边沿中断，然后需要将MCP2561/2FD重新切换回正常模式，以实现高速数据通信。

电气特性剖析

术语定义

文档中对一系列描述CAN收发器电气特性的术语进行了定义，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。这些术语是理解和评估收发器性能的基础。

绝对最大额定值

了解设备的绝对最大额定值对于确保其安全可靠运行至关重要。MCP2561/2FD的VDD和VIO引脚的最大电压为7.0V，CANH、CANL和SPLIT引脚的直流电压范围为 -58V至+58V，瞬态电压范围为 -150V至+100V等。在设计过程中，必须严格遵守这些额定值，避免设备因过压或过流而损坏。

DC特性

DC特性包括各种引脚的电压、电流参数，如TXD、RXD、STBY、VDD、VIO等引脚的输入输出电压和电流。这些参数反映了设备在直流工作状态下的性能，对于电源设计、信号电平匹配等方面具有重要的指导意义。

AC特性

AC特性主要涉及信号的传输延迟和频率响应等参数。例如，TXD到总线显性状态的延迟（tTXD - BUSON）、总线隐性状态到RXD的延迟（tBUSOFF - RXD）以及TXD到RXD的传播延迟（tTXD - RXD）等。这些参数对于高速数据传输的时序控制至关重要，直接影响到系统的通信性能。

引脚功能说明

TXD（发射器数据输入引脚）

该引脚通常连接到CAN控制器的发射器数据输出端，用于控制CANH和CANL引脚的输出状态。当TXD为低电平时，CANH和CANL处于显性状态；当TXD为高电平时，在没有其他CAN节点驱动总线为显性状态的情况下，CANH和CANL处于隐性状态。

VSS（接地供应引脚）

作为接地引脚，为设备提供参考电位。

VDD（电源电压引脚）

为发射器、接收器（包括唤醒接收器）提供正电源电压。

RXD（接收器数据输出引脚）

RXD是一个CMOS兼容的输出引脚，其电平高低取决于CANH和CANL引脚上的差分信号。通常连接到CAN控制器的接收器数据输入端，用于将接收到的数据传输给控制器。

SPLIT（仅MCP2561FD有）

该引脚为参考电压输出引脚，定义为VDD/2，仅在正常模式下有效。在待机模式或VDD关闭时，SPLIT引脚处于浮空状态。

VIO（仅MCP2562FD有）

为数字I/O引脚提供电源。在MCP2561FD中，数字I/O（TXD、RXD和STBY）的电源内部连接到VDD。

CANL（CAN低引脚）

驱动CAN差分总线的低端，同时内部连接到接收输入比较器。当MCP2561/2FD未供电时，CANL引脚与总线断开。

CANH（CAN高引脚）

驱动CAN差分总线的高端，同样内部连接到接收输入比较器。在设备未供电时，CANH引脚也会与总线断开。

STBY（待机模式输入引脚）

用于选择正常模式或待机模式。在待机模式下，发射器、高速接收器和SPLIT引脚会关闭，只有低功耗接收器和唤醒滤波器处于工作状态。

EP（暴露热焊盘）

建议将该焊盘连接到VSS，以增强电磁抗扰性和热阻性能。

典型应用案例

在实际应用中，为了满足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）。文档中给出了MCP2561FD和MCP2562FD的典型应用电路示例，展示了如何将它们与CAN控制器和其他外部元件进行连接。这些示例为工程师在设计具体应用电路时提供了参考。

总之，Microchip的MCP2561/2FD高速CAN收发器凭借其出色的性能、丰富的特性和完善的保护机制，成为了CAN总线通信领域的理想选择。无论是在汽车电子、工业自动化还是其他需要高速可靠通信的应用场景中，它都能够发挥重要作用。作为电子工程师，我们需要深入理解其特性和工作原理，以便在实际设计中充分发挥其优势，为产品的成功奠定基础。大家在使用MCP2561/2FD的过程中，有没有遇到过什么特别的问题或者有什么独特的应用经验呢？欢迎在评论区分享交流。