一种集成CAN控制器和收发器的集成方案

CAN通信在汽车和工业领域应用广泛，在一个系统中存在多个CAN总线，或者至少存在多个CAN网络节点。如果改造旧有设计，更换主控制器是一个方法，将不带CAN控制器的主控芯片改为带CAN控制器的主控芯片，另外，还有一种方式，就是增加一个独立的CAN控制器芯片外加CAN收发器。本文简单介绍一种集成CAN控制器和收发器的集成芯片，一定程度上有助于简化系统，实现系统的快速更新迭代。

一.MCP251863的简单介绍

图1 CAN网络节点的组成形态

通常CAN节点的形式有以上三种组成，一种是MCU不带CAN控制器，需要外加CAN控制器和收发器芯片，第二种是主控芯片集成了CAN控制器，需要外加一个CAN收发器，MCP251863就是第三种情况，不带CAN控制器的主控芯片连接一个MCP251863就可以实现CAN节点功能，将数据链路层和物理层功能都涵盖在这一芯片下。

图2 MCP251863和MCU的连接

图2中给出了采用SPI通信连接主MCU和MCP251863的示意图，MCU可以通过SPI去控制和配置CAN芯片。

在器件众多特性中，最值得提的有几个点，我们简单提示一下。

首先，内部集成的CAN收发器是Microchip的ATA6563，这一系列产品包括Microchip所有的CAN收发器都是经过客户验证的可以不需要增加外部保护器件的，在可靠性上非常有保证，同时减小了器件个数。

图3 一般设计中建议添加的外部保护器件

其次，EMC的性能非常好，Microchip已经获得了多种EMC的测试通过的证书，如图4所示。本身从原理上讲，集成CAN控制器和收发器这种形式就降低了EMC问题的发生。

图4 EMC和ESD相关证书

第三，它是功能安全Ready的产品，通过给客户提供的一系列的文档材料，可以很容易通过需要的安全ASIL等级。

图5 CAN芯片功能安全相关材料

从公开的资料看，若干种CAN相关的产品都具有功能安全Ready的水平，可以向客户提供相关的材料，比如FMED，Safety手册，和FIT率计算等，可通过上图5中的表格参考相应型号。

图6 几种功能安全标准

顺便给大家科普一下几种功能安全标准，ISO26262是用于汽车领域的电子系统的功能安全标准，IEC61508是用于工业领域的电子系统的功能安全标准，IEC60730是用于家电行业电子系统的功能安全标准。

图7 器件基本特性介绍

MCP251863支持两种模式，一种是CAN2.0模式，另一种是CAN FD模式，在CAN2.0模式下只能发送接收CAN2.0的帧，而在CAN FD模式下，可以同时有CAN FD帧和CAN2.0帧两种形式。

图8 数据传输正常模式

数据要正常传输必须要设在normal模式下，如图8所示。

其次，注意一下器件最高可以达到的bit rate，仲裁部分的nominal bit rate最大可达到1Mbps，而数据部分的data bit rate最大可达5Mbps。

最后，注意一下器件的温度范围，可以提供两种温度范围的器件，125C工作温度等级的E器件，和150C工作温度等级的H器件，这两种温度范围的器件都具有车规和非车规型号，值得注意的是这个器件对于AECQ100及AECQ006都进行了测试，对于AEC-Q100相对来说比较常见，AEC-Q006顺便在这里给大家解释一下，同时列出AECQ100认证的各个部分。

AEC-Q006A：2016Qualification Requirements for Components using Copper （Cu） Wire Interconnects（使用铜（Cu）线互连的部件的资格要求）

AEC - Q100 基于故障机制的集成电路压力测试鉴定 -包含下面全部13份最新英文电子版标准文件

AEC-Q100H：2014Failure Mechanism Based Stress Test Qualification For Integrated Circuits （basedocument） - 基于失效机制的集成电路应力测试资格认证（基础文件）

AEC-Q100-001C：1998Wire Bond Shear Test（线材剪切试验）

AEC-Q100-002E：2013Human Body Model （HBM） Electrostatic Discharge（ESD） Test（人体模型（HBM）静电放电（ESD）测试）

AEC-Q100-003E：2003Machine Model （MM） Electrostatic Discharge Test （机器型号 （MM） 静电放电测试）（已停用）

AEC-Q100-004D：2012IC Latch-Up Test（IC锁存测试）

AEC-Q100-005D1：2012Non-Volatile Memory Program/Erase Endurance， Data Retention， and OperationalLife Test （非易失性存储器程序-擦除耐久性、数据保留和操作寿命测试）

AEC-Q100-006D：2003Electro-Thermally Induced Parasitic Gate Leakage Test （GL）-电热诱导的寄生门漏电测试（GL） （已停用）

AEC-Q100-007B：2007Fault Simulation and Test Grading（故障模拟和测试分级）

AEC-Q100-008A：2003Early Life Failure Rate （早期寿命衰竭率）

AEC-Q100-009B：2007Electrical Distribution Assessment（配电评估）

AEC-Q100-010A：2003Solder Ball Shear Test（焊锡球的剪切试验）

AEC-Q100-011D：2019Charged Device Model （CDM） Electrostatic Discharge Test （带电设备模型（CDM）静电放电测试）

AEC-Q100-012：2006Short Circuit Reliability Characterization of Smart Power Devices for 12VSystems（12V 系统智能功率器件的短路可靠性表征）

二．器件pin脚说明及典型连接

图9 器件pin脚说明

MCP251863是一个SSOP-28的封装，接下来，我们浏览一下其pin脚说明。

图10 器件pin脚说明

28个pin脚中，我们重点分析一些比较重要的pin，SCK，SDI，SDO，nCS为CAN芯片和主MCU之间连接的SPI接口pin，CANL，CANH是内部的CAN收发器的输出，直接连接到CAN bus物理总线，TXCAN，RXCAN是CAN FD控制器输出和输入pin，而TXD和RXD是内部CAN收发器的数据输入和数据输出，TXD接TXCAN作为发送界面，RXCAN接RXD作为接收界面。典型参考原理图如图11所示。

图11 典型3.3V系统连接原理图

简单check一下几个电源pin的连接，VDD是CAN FD控制器的电源，VCC是CAN收发器的电源，而VIO是数字I/O的电源，这里示意图中，MCU供电是3.3V，则VDD和VIO连接在一起供电3.3V，而收发器的电源单独供电5V.

图12 典型5V系统连接原理图

当MCU是5V供电时，情况比较简单，采用一个5V电源对VDD控制器供电和VIO供电，同时也用5V给收发器供电。

图13 内部框图---CAN收发器部分

图14 内部框图---CAN控制器部分

器件的内部框图参考如图13，图14，分别为收发器和控制器部分。

关于器件的细节部分不进行探讨，有兴趣可以参考器件规格书。我们此处列出相关CAN控制器产品，供参考。

图15 CAN控制器产品汇总

总结： 简单总结MCP251863这个集成CAN FD控制器和CAN收发器的CAN芯片的一些基础问题，典型信息方便查阅参考。