CAN控制器（CAN Controller）和CAN收发器（CAN Transceiver）是CAN总线通信中的两个核心模块，但它们通常被设计为独立的芯片或功能模块，而不是集成在一起。以下是主要原因：

1. 功能分工明确，避免设计复杂化

• CAN控制器：

• 负责处理CAN协议的逻辑层和数据链路层，包括帧的生成与解析、错误检测、仲裁机制、滤波器配置等。

• 需要与MCU进行接口（如SPI、并行总线或直接集成在MCU中），实现软件控制。

• CAN收发器：

• 负责物理层的信号转换，将CAN控制器的逻辑电平（TTL/CMOS）转换为差分信号（CAN_H和CAN_L），反之亦然。

• 提供电气隔离、抗干扰、热保护等功能，确保信号在总线上的稳定传输。

类比：

• CAN控制器类似于“大脑”，负责逻辑处理；CAN收发器类似于“手脚”，负责信号的实际传输。将两者分开可以简化设计，提高模块化程度。

2. 电气隔离与抗干扰需求

• CAN总线是差分信号：

• CAN_H和CAN_L的差分电压（通常为2V~3V）能有效抵抗电磁干扰（EMI），适合长距离传输。

• 收发器需要专门的高压、高抗干扰电路设计，而控制器通常工作在低压（如3.3V/5V）。

• 电气隔离：

• 收发器可以集成隔离电路（如光耦、磁耦），保护控制器免受总线上的高压冲击（如汽车电子中的瞬态电压）。

• 如果集成在一起，隔离电路会显著增加芯片面积和成本。

示例：

• 在汽车电子中，CAN总线可能暴露在高压、高噪声环境中，收发器需要单独的隔离和保护电路，而控制器无需直接面对这些挑战。

3. 灵活性与成本优化

• 不同应用场景的需求：

• 某些应用（如低成本嵌入式系统）可能只需要基本的CAN功能，不需要高速或隔离，此时可以选择低成本的收发器。

• 其他应用（如工业自动化）可能需要高速CAN FD或隔离功能，此时可以选择高性能收发器。

• 模块化设计：

• 将控制器和收发器分开，可以灵活组合不同性能的模块，降低整体成本。

• 例如，STM32F103（内置CAN控制器）可以搭配TJA1050（高速收发器）或MCP2551（工业级收发器）。

成本对比：

• 集成方案可能增加芯片面积和工艺复杂度，导致成本上升。

• 分立方案可以通过大规模生产降低成本，同时满足不同用户的需求。

4. 技术演进与标准化

• CAN协议的演进：

• CAN 2.0A/B、CAN FD、CAN XL等协议不断更新，控制器需要频繁升级。

• 收发器的物理层标准（如ISO 11898）相对稳定，升级需求较少。

• 标准化接口：

• 控制器和收发器之间通过标准接口（如TTL电平）连接，便于替换和升级。

• 例如，MCP2515（CAN控制器）可以通过SPI接口与任何兼容的收发器连接。

历史原因：

• 早期CAN控制器和收发器就是分开的，这种设计已被广泛接受并标准化，集成方案反而可能破坏兼容性。

5. 集成方案的局限性

• 集成方案的缺点：

• 集成控制器和收发器的芯片（如某些SoC）可能无法满足所有应用场景的需求。

• 例如，某些芯片可能不支持高速CAN FD或隔离功能。

• 集成方案可能增加功耗和发热，不适合低功耗应用。

• 分立方案的优势：

• 可以根据需求选择最佳性能的控制器和收发器组合。

• 例如，汽车电子中常用的TJA1042T（支持CAN FD）可以与任何兼容的控制器搭配使用。

6. 实际应用中的选择

• 内置CAN控制器的MCU + 外置收发器：

• 这是最常见的方案，适用于大多数应用。

• 例如，STM32F103 + TJA1050。

• 外置CAN控制器 + 外置收发器：

• 适用于MCU无内置CAN控制器的情况。

• 例如，STM32F030（无内置CAN） + MCP2515（CAN控制器） + TJA1050（收发器）。

• 集成方案（少数）：

• 某些高端SoC（如NXP S32K系列）可能集成控制器和收发器，但通常仍提供外置收发器的选项以增强灵活性。

总结：为什么不在一个芯片？

1. 功能分工：控制器负责逻辑，收发器负责物理信号，分工明确。

2. 电气隔离与抗干扰：收发器需要专门的电路设计，集成会增加复杂度。

3. 灵活性与成本：分立设计允许灵活组合，降低成本。

4. 技术演进：控制器需要频繁升级，收发器相对稳定。

5. 标准化：分立方案符合行业标准，便于替换和升级。

直接结论：

• CAN控制器和CAN收发器通常不在一个芯片中，是因为这种分立设计能更好地满足功能、成本、灵活性和抗干扰等多方面的需求。

• 只有在特定应用场景（如高度集成化的SoC）中，才会考虑集成方案，但这种情况较少见。

建议：

• 大多数情况下，选择内置CAN控制器的MCU + 外置收发器是最佳方案。

• 根据应用需求选择合适的收发器（如高速、隔离、工业级等）。