MCP2551高速CAN收发器：特性、应用与设计要点

在CAN总线通信领域，收发器扮演着至关重要的角色，它是CAN协议控制器与物理总线之间的桥梁。今天我们要深入探讨的是Microchip公司的MCP2551高速CAN收发器，尽管它已不推荐用于新设计（建议使用MCP2561），但了解它的特性和工作原理，对于电子工程师来说仍具有很大的价值。

文件下载：MCP2551T-E SN.pdf

一、MCP2551概述

MCP2551是一款高速CAN、容错设备，完全兼容ISO - 11898标准，包括24V要求，能支持高达1 Mb/s的通信速率。它为CAN协议控制器提供差分发送和接收能力，将CAN控制器产生的数字信号转换为适合在总线电缆上传输的差分信号，同时还能在CAN控制器和CAN总线上可能出现的高压尖峰之间提供缓冲，有效抵御EMI、ESD和电气瞬变等外部干扰。

二、功能特性

（一）收发功能

1. 发送器功能：CAN总线有显性（Dominant）和隐性（Recessive）两种状态。当CANH和CANL之间的差分电压大于定义电压（如1.2V）时为显性状态，对应TXD输入引脚的低电平；当差分电压小于定义电压（通常为0V）时为隐性状态，对应TXD输入引脚的高电平。不过，其他CAN节点发起的显性状态会覆盖总线上的隐性状态。MCP2551的CAN输出能驱动最小45Ω的负载，最多允许连接112个节点（前提是最小差分输入电阻为20 kΩ，标称终端电阻值为120Ω）。
2. 接收器功能：RXD输出引脚反映CANH和CANL之间的差分总线电压。RXD输出引脚的低电平和高电平分别对应CAN总线的显性和隐性状态。

（二）内部保护

CANH和CANL受到保护，可防止电池短路和CAN总线上可能出现的电气瞬变。当出现此类故障时，该特性可避免发送器输出级被破坏。此外，热关断电路可防止设备因过流而损坏。当结温超过标称极限165°C时，输出驱动器将被禁用，而芯片的其他部分仍可正常工作，由于发送器输出的功耗降低，芯片温度也会随之下降，这对于保护总线线路短路引起的损坏至关重要。

（三）工作模式

通过RS引脚可以选择三种工作模式：高速（High - Speed）、斜率控制（Slope - Control）和待机（Standby）。

1. 高速模式：将RS引脚连接到VSS可选择高速模式。在这种模式下，发送器输出驱动器具有快速的输出上升和下降时间，以支持高速CAN总线速率。
2. 斜率控制模式：通过在RS和VOL（通常为地）之间连接一个外部电阻（REXT）来控制CANH和CANL的上升和下降时间，从而进一步降低EMI。斜率与RS引脚的电流输出成正比，通过选择特定的电阻值可以实现特定的转换速率。
3. 待机模式：将RS引脚置为高电平可使设备进入待机或睡眠模式。在睡眠模式下，发送器关闭，接收器以较低的电流运行。控制器侧的接收引脚（RXD）仍然可用，但速率较慢。连接的微控制器可以监视RXD以检测CAN总线活动，并通过RS引脚将收发器置于正常运行状态（在较高的总线速率下，可能会丢失第一条CAN消息）。

（四）其他特性

1. TXD永久显性检测：如果MCP2551检测到TXD输入上的持续低电平状态，它将禁用CANH和CANL输出驱动器，以防止CAN总线上的数据损坏。只要TXD保持低电平，驱动器就会一直禁用。TXD上的上升沿将重置定时器逻辑并启用CANH和CANL输出驱动器。
2. 上电复位：设备上电时，CANH和CANL在VDD达到电压电平VPORH之前保持高阻抗状态。如果在VDD达到VPORH时TXD为低电平，CANH和CANL也将保持高阻抗状态，只有在TXD被置为高电平后，CANH和CANL才会变为有效。在正常运行期间，如果VDD的电压电平低于VPORL，CANH和CANL将进入高阻抗状态，提供电压欠压保护。

三、电气特性

（一）术语定义

文档中对一些用于描述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。

（二）直流特性

详细列出了不同工作条件下的直流参数，包括电源电流、总线线路的发送和接收特性、TXD输入和RXD输出的电气特性等。例如，在待机模式下，不同温度范围的电源电流有所不同；CANH和CANL在隐性和显性状态下的输出电压和电流也有明确的规定。

（三）交流特性

交流特性参数包括位时间、位频率、延迟时间、转换速率、唤醒时间等。这些参数对于评估MCP2551在高速通信中的性能至关重要。例如，CANH和CANL的转换速率在5.5 - 8.5 V/µs之间（RS = 47 kΩ），从待机模式唤醒的时间为5 µs。

四、引脚描述

MCP2551采用8引脚封装，各引脚功能如下：	引脚编号	引脚名称	引脚功能
1	TXD	发送数据输入
2	VSS	地
3	VDD	电源电压
4	RXD	接收数据输出
5	VREF	参考输出电压
6	CANL	CAN低电平电压I/O
7	CANH	CAN高电平电压I/O
8	RS	斜率控制输入

五、封装信息

MCP2551提供PDIP和SOIC两种封装类型。文档中详细给出了这两种封装的尺寸和标记信息，同时还提供了相关的图纸和尺寸公差要求。对于工程师来说，准确了解封装信息对于PCB设计和器件布局非常重要。

六、总结与思考

MCP2551作为一款经典的高速CAN收发器，具有丰富的功能和良好的电气性能，在CAN总线通信中发挥了重要作用。然而，随着技术的不断发展，新的器件可能在性能和功能上更具优势，这也是它不再推荐用于新设计的原因。在实际设计中，工程师需要根据具体的应用需求、成本和性能要求来选择合适的CAN收发器。同时，对于MCP2551的特性和工作原理的深入理解，也有助于我们更好地应对其他类似器件的设计和应用挑战。大家在使用CAN收发器时，是否也遇到过一些特殊的问题呢？欢迎在评论区分享你的经验和见解。