CAN控制器（CAN Controller）和CAN收發(fā)器（CAN Transceiver）是CAN總線通信中的兩個核心模塊，但它們通常被設(shè)計為獨立的芯片或功能模塊，而不是集成在一起。以下是主要原因：

1. 功能分工明確，避免設(shè)計復(fù)雜化

• CAN控制器：

• 負(fù)責(zé)處理CAN協(xié)議的邏輯層和數(shù)據(jù)鏈路層，包括幀的生成與解析、錯誤檢測、仲裁機制、濾波器配置等。

• 需要與MCU進(jìn)行接口（如SPI、并行總線或直接集成在MCU中），實現(xiàn)軟件控制。

• CAN收發(fā)器：

• 負(fù)責(zé)物理層的信號轉(zhuǎn)換，將CAN控制器的邏輯電平（TTL/CMOS）轉(zhuǎn)換為差分信號（CAN_H和CAN_L），反之亦然。

• 提供電氣隔離、抗干擾、熱保護等功能，確保信號在總線上的穩(wěn)定傳輸。

類比：

• CAN控制器類似于“大腦”，負(fù)責(zé)邏輯處理；CAN收發(fā)器類似于“手腳”，負(fù)責(zé)信號的實際傳輸。將兩者分開可以簡化設(shè)計，提高模塊化程度。

2. 電氣隔離與抗干擾需求

• CAN總線是差分信號：

• CAN_H和CAN_L的差分電壓（通常為2V~3V）能有效抵抗電磁干擾（EMI），適合長距離傳輸。

• 收發(fā)器需要專門的高壓、高抗干擾電路設(shè)計，而控制器通常工作在低壓（如3.3V/5V）。

• 電氣隔離：

• 收發(fā)器可以集成隔離電路（如光耦、磁耦），保護控制器免受總線上的高壓沖擊（如汽車電子中的瞬態(tài)電壓）。

• 如果集成在一起，隔離電路會顯著增加芯片面積和成本。

示例：

• 在汽車電子中，CAN總線可能暴露在高壓、高噪聲環(huán)境中，收發(fā)器需要單獨的隔離和保護電路，而控制器無需直接面對這些挑戰(zhàn)。

3. 靈活性與成本優(yōu)化

• 不同應(yīng)用場景的需求：

• 某些應(yīng)用（如低成本嵌入式系統(tǒng)）可能只需要基本的CAN功能，不需要高速或隔離，此時可以選擇低成本的收發(fā)器。

• 其他應(yīng)用（如工業(yè)自動化）可能需要高速CAN FD或隔離功能，此時可以選擇高性能收發(fā)器。

• 模塊化設(shè)計：

• 將控制器和收發(fā)器分開，可以靈活組合不同性能的模塊，降低整體成本。

• 例如，STM32F103（內(nèi)置CAN控制器）可以搭配TJA1050（高速收發(fā)器）或MCP2551（工業(yè)級收發(fā)器）。

成本對比：

• 集成方案可能增加芯片面積和工藝復(fù)雜度，導(dǎo)致成本上升。

• 分立方案可以通過大規(guī)模生產(chǎn)降低成本，同時滿足不同用戶的需求。

4. 技術(shù)演進(jìn)與標(biāo)準(zhǔn)化

• CAN協(xié)議的演進(jìn)：

• CAN 2.0A/B、CAN FD、CAN XL等協(xié)議不斷更新，控制器需要頻繁升級。

• 收發(fā)器的物理層標(biāo)準(zhǔn)（如ISO 11898）相對穩(wěn)定，升級需求較少。

• 標(biāo)準(zhǔn)化接口：

• 控制器和收發(fā)器之間通過標(biāo)準(zhǔn)接口（如TTL電平）連接，便于替換和升級。

• 例如，MCP2515（CAN控制器）可以通過SPI接口與任何兼容的收發(fā)器連接。

歷史原因：

• 早期CAN控制器和收發(fā)器就是分開的，這種設(shè)計已被廣泛接受并標(biāo)準(zhǔn)化，集成方案反而可能破壞兼容性。

5. 集成方案的局限性

• 集成方案的缺點：

• 集成控制器和收發(fā)器的芯片（如某些SoC）可能無法滿足所有應(yīng)用場景的需求。

• 例如，某些芯片可能不支持高速CAN FD或隔離功能。

• 集成方案可能增加功耗和發(fā)熱，不適合低功耗應(yīng)用。

• 分立方案的優(yōu)勢：

• 可以根據(jù)需求選擇最佳性能的控制器和收發(fā)器組合。

• 例如，汽車電子中常用的TJA1042T（支持CAN FD）可以與任何兼容的控制器搭配使用。

6. 實際應(yīng)用中的選擇

• 內(nèi)置CAN控制器的MCU + 外置收發(fā)器：

• 這是最常見的方案，適用于大多數(shù)應(yīng)用。

• 例如，STM32F103 + TJA1050。

• 外置CAN控制器 + 外置收發(fā)器：

• 適用于MCU無內(nèi)置CAN控制器的情況。

• 例如，STM32F030（無內(nèi)置CAN） + MCP2515（CAN控制器） + TJA1050（收發(fā)器）。

• 集成方案（少數(shù)）：

• 某些高端SoC（如NXP S32K系列）可能集成控制器和收發(fā)器，但通常仍提供外置收發(fā)器的選項以增強靈活性。

總結(jié)：為什么不在一個芯片？

1. 功能分工：控制器負(fù)責(zé)邏輯，收發(fā)器負(fù)責(zé)物理信號，分工明確。

2. 電氣隔離與抗干擾：收發(fā)器需要專門的電路設(shè)計，集成會增加復(fù)雜度。

3. 靈活性與成本：分立設(shè)計允許靈活組合，降低成本。

4. 技術(shù)演進(jìn)：控制器需要頻繁升級，收發(fā)器相對穩(wěn)定。

5. 標(biāo)準(zhǔn)化：分立方案符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，便于替換和升級。

直接結(jié)論：

• CAN控制器和CAN收發(fā)器通常不在一個芯片中，是因為這種分立設(shè)計能更好地滿足功能、成本、靈活性和抗干擾等多方面的需求。

• 只有在特定應(yīng)用場景（如高度集成化的SoC）中，才會考慮集成方案，但這種情況較少見。

建議：

• 大多數(shù)情況下，選擇內(nèi)置CAN控制器的MCU + 外置收發(fā)器是最佳方案。

• 根據(jù)應(yīng)用需求選擇合適的收發(fā)器（如高速、隔離、工業(yè)級等）。