MCP2562 и MCP2561 — высокоскоростные трансиверы CAN от Microchip

Выводы

Расстановка выводов 1–4 и 6–7 — та же, что у TJA1050 и TJA1051 и MCP2551, поэтому платы под стандартный восьмивыводной трансивер обычно подходят, если проверить назначение выводов 5 и 8. Корпус SOIC-8 описан чертежом Microchip C04-057 (в даташите ревизия C, на нашей странице — C04-057-SN Rev F); PDIP-8 — чертёж C04-018 (в даташите ревизия B, на нашей странице — C04-018-PA Rev E); DFN-8 3 × 3 мм (MF) — чертёж C04-062C. Площадку DFN Microchip советует соединить с VSS ради теплоотвода и помехоустойчивости (разд. 1.7.10).

Режимы и вывод STBY

В режиме Normal работают передатчик с ограничением крутизны фронтов и быстрый приёмник. В режиме Standby передатчик, быстрый приёмник и выход SPLIT выключены, работает только экономичный приёмник с фильтром пробуждения: доминант на шине опускает RXD в ноль с задержкой фильтра пробуждения 0,5–4 мкс, и контроллер должен сам вернуть трансивер в Normal нулём на STBY — через 5–40 мкс (tWAKE) передатчик готов. Пробуждение по шине требует, чтобы оба питания, VDD и VIO, были в норме (разд. 1.1.2). В режиме Standby CANH и CANL притянуты к земле: уровень на линии без нагрузки −0,1…+0,1 В.

STBY внутри подтянут к VIO (у MCP2561 — к VDD) MOS-резистором: 660 кОм при 5 В, 1,1 МОм при 3,3 В и 4,4 МОм при 1,8 В (разд. 1.7.9). Наш вывод: свободный вывод STBY — это режим Standby, и трансивер «молчит». В простых схемах STBY соединяют с VSS; если нужен сон, его подключают к выводу микроконтроллера. Похожие случаи разобраны в ответах «ESP32 не работает с CAN» и «CAN на STM32 не работает».

Параметры

Условия — VDD 4,5–5,5 В, VIO 1,8–5,5 В, RL = 60 Ом, −40…+125 °C (E) и −40…+150 °C (H), если не указано иное (разд. 2.2–2.3).

Предельные режимы (с. 8): VDD и VIO до 7 В; TXD, RXD и STBY — от −0,3 В до VIO + 0,3 В; CANH, CANL и SPLIT — ±58 В постоянного; импульсы по ISO 7637 — от −150 до +100 В. Защита от электростатики на CANH и CANL по IEC 61000-4-2 — ±14 кВ у MCP2561 и ±8 кВ у MCP2562, по модели тела человека — ±8 кВ, на остальных выводах — ±4 кВ. Тепловое сопротивление кристалл — среда: 56,7 °C/Вт у DFN-8, 89,3 у PDIP-8 и 149,5 °C/Вт у SOIC-8 (разд. 2.5).

Уровни логики: VIO и микроконтроллер на 3,3 В

У MCP2562 входы TXD и STBY и выход RXD питаются от VIO — это вывод того же назначения, что VDDIO у микроконтроллеров. Наш расчёт для VIO = 3,3 В: единица на TXD — от 0,7 · 3,3 ≈ 2,31 В, ноль — до 0,3 · 3,3 ≈ 0,99 В; RXD выдаёт не меньше 2,9 В при токе 1 мА и не больше 3,3 В. Выход микроконтроллера на 3,3 В с этими порогами работает с запасом, вход микроконтроллера не получает 5 В. Подтяжка TXD (33 кОм ном.) при этом течёт в VIO: если вывод TXD контроллера при сбросе в третьем состоянии, шина остаётся в рецессиве.

У MCP2561 логика питается от VDD = 5 В. Наш расчёт: единица на TXD — от 0,7 · 5 = 3,5 В, а RXD поднимается почти до 5 В. Наш вывод: MCP2561 напрямую подходит только к 5-вольтовому контроллеру; с 3,3-вольтовым нужен MCP2562 или преобразователь уровней.

При включении CANH и CANL остаются в высокоимпедансном состоянии, пока VDD и VIO не превысят пороги — около 4 и 1,2 В. Если VDD в работе проседает ниже порога, выходы шины снова отключаются, а RXD в режиме Normal показывает рецессив (разд. 1.6). Без питания CANH и CANL отсоединяются от линии, утечка до ±5 мкА: выключенный узел не нагружает шину.

Терминаторы и SPLIT

Уровни передатчика нормированы на нагрузке RL = 50–65 Ом: это два терминатора по 120 Ом на концах линии, включённые параллельно, — 60 Ом. На рис. 1-2 у MCP2562 показан один резистор 120 Ом — на узле, который стоит в конце линии.

Расщеплённый терминатор (рис. 1-1) — два резистора по 60 Ом последовательно и конденсатор 4700 пФ из средней точки на землю. MCP2561 подаёт на эту точку половину VDD с вывода SPLIT: 0,45–0,55 · VDD при нагрузке от 1 МОм и 0,3–0,7 · VDD при токе ±500 мкА. Так синфазное напряжение линии остаётся около середины питания и в паузах, и при узлах, которые не передают. Резистор 300 Ом между SPLIT и средней точкой на рисунке помечен как необязательный: по примечанию он позволяет продолжать обмен при замыкании CANL на землю. В режиме Standby и без питания SPLIT отключается.

Наш расчёт: для синфазной помехи два резистора по 60 Ом включены параллельно — 30 Ом, вместе с 4700 пФ это фильтр с частотой среза 1 / (2π · 30 Ом · 4,7 нФ) ≈ 1,1 МГц. Дифференциальный сигнал конденсатор не нагружает: для него средняя точка — середина делителя с нулевым синфазным током. Как устроены доминант и рецессив и почему линию не тянут к питанию в паузах, объясняет статья «Доминантный и рецессивный уровни».

Защита: залипание доминанта и перегрев

Если TXD держится в нуле дольше 1,25 мс (тип.), трансивер отключает передатчик до прихода единицы на TXD; в режиме Standby при затянувшемся доминанте на шине RXD фиксируется в единице, чтобы не будить контроллер. Это тайм-аут доминанта, и из него следует нижняя граница скорости: бит не длиннее 69,44 мкс, то есть не меньше 14,4 кбит/с (разд. 1.5 и табл. 2.3). Счётчик сбрасывается рецессивным импульсом длительностью около 100 нс (тип.) на TXD или на шине.

Тепловая защита выключает выходы шины при температуре кристалла 165–185 °C, остальная часть микросхемы работает (разд. 1.4). Наш расчёт для худшего случая — замыкания CANH на землю при доминанте: ток до 120 мА, мощность до 5,5 В · 0,12 А ≈ 0,66 Вт, перегрев в SOIC-8 — 0,66 · 149,5 ≈ 99 °C. При +85 °C снаружи кристалл дойдёт до порога, передатчик отключится и включится снова, остыв на 20–30 °C. В DFN-8 (56,7 °C/Вт) тот же случай даёт перегрев около 37 °C. Шина выдерживает ±58 В постоянного напряжения, поэтому замыкание на «плюс» аккумулятора 12 или 24 В трансивер не повреждает — но отладку на автомобиле лучше начинать с проверки, что на CANH и CANL относительно земли узла не больше этих значений.

MCP2561/2FD — версия для CAN FD

У MCP2561FD и MCP2562FD те же выводы, питание, режимы и уровни шины; отличия — в скорости (DS20005284B):

Наш вывод: для классического CAN до 1 Мбит/с подходят обе версии; для CAN FD с быстрой фазой данных нужна FD-версия — у обычной MCP2561/2 нет гарантированной симметрии задержек. Что даёт вторая скорость, разобрано в статье «CAN FD».

MCP2562 и TJA1051T/3

Наш вывод: MCP2562 работает с логикой от 1,8 В и умеет спать с током в микроамперы, просыпаясь от шины, — это удобно для узлов на батарее. TJA1051T/3 с VIO от 2,8 В подходит к 3,3-вольтовым контроллерам и сразу поддерживает CAN FD до 5 Мбит/с; у Microchip для этого есть MCP2562FD.

Расхождения в документации

• Защита от ESD. Свойства на с. 1 обещают «до ±14 кВ» по IEC 61000-4-2 для MCP2561/2, а предельные режимы на с. 8 дают ±14 кВ только для MCP2561 и ±8 кВ для MCP2562.
• Температура хранения. Предельные режимы — −55…+150 °C, таблица тепловых характеристик (разд. 2.5) — −65…+155 °C.
• Тайм-аут доминанта. Разд. 1.5 выводит максимальную длительность бита 69,44 мкс и «18 доминантных бит подряд» из типового значения 1,25 мс; минимума и максимума tPDT в таблице 2.3 нет, хотя 69,44 мкс записано там как граница tBIT.
• Одно обозначение для двух токов. IDDS в таблице 2.2 — и ток покоя VDD в Standby (до 15 мкА), и ток VIO в Standby (до 1 мкА).
• Скорость версии FD. В DS20005284B свойства на с. 1 называют 2, 5 и 8 Мбит/с, разд. 1.0 — «до 5 Мбит/с», таблица 2.4 ограничивает fBIT 5000 кГц и tBIT 0,2 мкс, но тут же нормирует симметрию при 8 Мбит/с (параметр 8c, только характеризация).
• Знак тока КЗ в версии FD. Таблица 2.3 DS20005284B даёт для CANH мин. −120 мА и тип. +85 мА; в DS20005167C тот же параметр — −120 и −85 мА.