探索MCP2561/2FD：高性能CAN FD收發器的卓越之選

在當今的電子設計領域，CAN（Controller Area Network）總線憑借其高可靠性、實時性和抗干擾能力，在汽車、工業自動化等眾多領域得到了廣泛應用。而CAN FD（Flexible Data Rate）技術的出現，進一步提升了CAN總線的數據傳輸速率和靈活性。Microchip Technology Inc.推出的MCP2561/2FD系列高速CAN收發器，正是為滿足CAN FD應用需求而設計的高性能解決方案。本文將深入介紹MCP2561/2FD的特點、功能、電氣特性及應用，希望能為電子工程師們在相關設計中提供有價值的參考。

文件下載：MCP2562FD-E SN.pdf

一、產品概述

MCP2561/2FD是Microchip公司推出的第二代高速CAN收發器，它作為CAN協議控制器與物理總線之間的接口，具備差分收發能力，完全符合ISO - 11898 - 2和ISO - 11898 - 5標準。該系列產品不僅繼承了MCP2561/2的優點，還在保證環路延遲對稱性的基礎上，支持CAN FD高達5 Mbps的數據傳輸速率，并通過改善最大傳播延遲來支持更長的總線長度，滿足了汽車應用中對CAN FD高比特率、低靜態電流、電磁兼容性（EMC）和靜電放電（ESD）的嚴格要求。

產品特性

• 高速CAN FD支持：優化設計，可在2、5和8 Mbps的CAN FD數據速率下運行，最大傳播延遲僅120 ns，環路延遲對稱性在2 Mbps時為 - 10%/+10%。
• 標準兼容性：實現了ISO - 11898 - 2和ISO - 11898 - 5標準的物理層要求。
• 低功耗：典型待機電流僅5 μA，有效降低系統功耗。
• 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。
• 穩定輸出：SPLIT輸出引腳可在偏置分裂端接方案中穩定共模。
• 總線保護：設備未供電時，CAN總線引腳斷開連接，避免未供電節點或欠壓事件對CAN總線造成負載；具備接地故障檢測、電源復位和欠壓保護、短路保護、高壓瞬態保護、自動熱關斷保護等功能。
• 高ESD保護：CANH和CANL引腳具有高達±14 kV（MCP2561FD）或±8 kV（MCP2562FD）的ESD保護，符合IEC61000 - 4 - 2標準。
• 多種封裝形式：提供PDIP - 8L、SOIC - 8L和3x3 DFN - 8L等多種封裝，滿足不同應用需求。
• 寬溫度范圍：有擴展（E）級（ - 40°C至 + 125°C）和高（H）級（ - 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：正常模式和待機模式，通過STBY引腳的電平來選擇。

• 正常模式：將STBY引腳置為低電平，驅動器模塊工作，可驅動總線引腳，CANH和CANL輸出信號的斜率經過優化，以產生最小的電磁輻射（EME），高速差分接收器處于激活狀態。
• 待機模式：將STBY引腳置為高電平，發射器和接收器的高速部分關閉以降低功耗，低功耗接收器和喚醒濾波器模塊啟用，用于監測總線活動。當CAN總線檢測到顯性狀態時，RXD引腳產生負邊沿，中斷CAN控制器，控制器需通過STBY引腳將設備切換回正常模式以進行高速數據通信。需要注意的是，CAN總線喚醒功能要求VDD和VIO兩個電源電壓都在有效范圍內。

（二）收發器功能

• 發射器功能：CAN總線有顯性和隱性兩種狀態，分別對應TXD輸入引腳的低電平和高電平。當另一個CAN節點發起顯性狀態時，會覆蓋CAN總線上的隱性狀態。
• 接收器功能：在正常模式下，RXD輸出引腳反映CANH和CANL之間的差分總線電壓，其低電平和高電平分別對應CAN總線的顯性和隱性狀態。

（三）內部保護

CANH和CANL引腳受到保護，可防止CAN總線上可能出現的電池短路和電瞬變，避免發射器輸出級在故障條件下損壞。此外，熱關斷電路可在結溫超過標稱極限（ + 175°C）時禁用輸出驅動器，降低功耗，保護芯片免受總線短路引起的損壞。

（四）永久顯性檢測

該功能可防止TXD輸入和總線上出現永久顯性狀態。在正常模式下，若檢測到TXD輸入長時間為低電平，將禁用CANH和CANL輸出驅動器，直至TXD變為高電平；在待機模式下，若檢測到總線上長時間處于顯性狀態，將把RXD引腳置為隱性狀態，允許連接的控制器進入低功耗模式，直到顯性問題解決。兩種情況的超時時間典型值為1.25 ms。

（五）電源復位和欠壓檢測

MCP2561/2FD在VDD和VIO兩個電源引腳上都有欠壓檢測功能，典型欠壓閾值分別為4V（VDD）和1.2V（VIO）。設備上電時，CANH和CANL保持高阻抗狀態，直到VDD和VIO超過欠壓電平；在正常運行中，若VDD電壓低于欠壓電平，CANH和CANL將進入高阻抗狀態。在正常模式下，VDD欠壓時接收器輸出將被強制置為隱性狀態；在待機模式下，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才啟用。

三、引腳描述

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

• TXD（發送數據輸入引腳）：根據TXD信號驅動CANH和CANL差分輸出引腳，通常連接到CAN控制器的發送數據輸出端。在MCP2561FD和MCP2562FD中，TXD分別連接到內部上拉電阻（標稱33 kΩ）至VDD或VIO。
• VSS（接地引腳）：提供接地參考。
• VDD（電源電壓引腳）：為發射器、接收器（包括喚醒接收器）供電。
• RXD（接收數據輸出引腳）：CMOS兼容輸出，根據CANH和CANL引腳的差分信號輸出高或低電平，通常連接到CAN控制器的接收數據輸入端。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，待機模式或VDD關閉時浮空。
• VIO（僅MCP2562FD有）：為數字I/O引腳供電，在MCP2561FD中，數字I/O（TXD、RXD和STBY）的電源內部連接到VDD。
• CANL（CAN低電平引腳）：驅動CAN差分總線的低側，內部連接到接收輸入比較器，設備未供電時與總線斷開。
• CANH（CAN高電平引腳）：驅動CAN差分總線的高側，內部連接到接收輸入比較器，設備未供電時與總線斷開。
• STBY（待機模式輸入引腳）：用于選擇正常或待機模式，在MCP2561FD和MCP2562FD中，STBY分別連接到內部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）：建議連接到VSS，以增強電磁抗擾性和散熱性能。

四、電氣特性

（一）術語定義

文檔中對描述CAN收發器電氣特性的多個術語進行了定義，如總線電壓（VCANL和VCANH）、共模總線電壓范圍、差分內部電容（CDIFF）、差分內部電阻（RDIFF）、差分電壓（VDIFF）、內部電容（CIN）和內部電阻（RIN）等。

（二）絕對最大額定值

規定了設備的各項絕對最大額定值，包括電源電壓（VDD和VIO最大為7.0V）、各引腳的直流電壓、瞬態電壓、存儲溫度、工作環境溫度、虛擬結溫、引腳焊接溫度以及ESD保護等級等。超出這些額定值可能會對設備造成永久性損壞。

（三）DC特性

給出了不同溫度范圍（擴展級E： - 40°C至 + 125°C和高級H： - 40°C至 + 150°C）、電源電壓（VDD = 4.5V至5.5V，VIO = 1.8V至5.5V）和負載條件下的直流特性參數，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，規定了一些交流特性參數，如位時間（tBIT）、位頻率（fBIT）、傳輸延遲（tTXD - BUSON、tTXD - BUSOFF等）、環路延遲對稱性等。這些參數對于確保CAN總線的高速穩定通信至關重要。

五、典型應用

為滿足EMC/EMI要求，當數據速率大于1 Mbps時，可能需要使用共模扼流圈（CMC）。文檔給出了MCP2561FD和MCP2562FD的典型應用電路示例，展示了如何將設備與PIC? MCU等控制器連接，并說明了各元件的作用和參數選擇。

六、總結

MCP2561/2FD作為一款高性能的CAN FD收發器，憑借其豐富的功能、卓越的性能和可靠的保護機制，為CAN總線系統的設計提供了強大的支持。在實際應用中，電子工程師們可以根據具體需求選擇合適的型號和封裝形式，并結合其電氣特性進行合理的電路設計，以確保系統的穩定性和可靠性。同時，要注意遵循文檔中規定的各項參數和條件，避免因超出額定值而對設備造成損壞。大家在使用MCP2561/2FD進行設計時，有沒有遇到過什么特別的挑戰呢？歡迎在評論區分享交流。