汽车域控方案指南：从设计到落地，难点全破解

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方案概述

区域控制器 (ZCU) – 框图
区域控制器 (ZCU) 是车辆区域控制架构中的基本元素， 负责管理指定区域内的配电。 ZCU 从 PDU 接收电力， 并将电力智能分配给所负责区域内的各种电气系统、 负载和传感器。 传统的 ECU 仍可通过 CAN、 LIN 等传统总线， 保持与 ZCU 的连接。这种分布式方法大大降低了车辆线束的复杂性和重量。

ZCU 能够集成多个关键组件， 如 SmartFET、 电子保险丝和分立 MOSFET。 ZCU 还支持高速通信网络， 可利用 NCV7410 和T30HM1TS2500 等 10BASE-T1S 以太网收发器。 通过这些收发器， ZCU 可与中央计算机或其他车辆系统进行高效数据通信。 目前有多种方案可供选择， 能够满足不同汽车制造商及其车型的特定要求。 下面的框图简要展示了 ZCU 的组成结构。

NCV7410 10BASE-T1S 以太网收发器 – 产品简介
NCV7410 是一款符合 IEEE 802.3cg 规定且遵循 10BASE-T1S 标准的以太网收发器， 集成了介质访问控制器 (MAC-PHY)。

它支持在共享介质（多点） 网络上运行， 单根双绞线 (UTP / STP) 连接长度可达 25 米。 NCV7410 配有从属模式 SPI 接口， 允许低引脚数连接到标准是主机 MCU 或 SoC。 图 1 中展示了这种连接。 它能以 10 Mbps 的速度与连接到共享介质(UTP) 的多个节点进行通信。

NCV7410 QFNNW32(5 x 5 mm) 封装

图 1： NCV7410 的应用示意图

10BASE-T1S 中的多点拓扑
多点拓扑可能是汽车以太网的革命性变革，它为区域控制架构下的现代汽车网络提供了经济、可扩展且高效的方案。多个器件（节点）连接到同一根双绞线电缆，形成类似总线的结构。虽然与 CAN 等先前的技术类似，但具备了以太网功能。 通过新的区域控制架构，基于域的复杂布线可得到简化，更易于管理和维护。

• 多个节点：标准规定至少可连接 8 个节点， 根据实际的实现方案和长度， 或可连接更多节点。 如今的车辆需要具备很
  高的灵活性， 10BASE-T1S 支持轻松添加新节点， 无需进行大量重新布线。
• 物理层冲突避免 (PLCA)： PLCA 机制会为每个节点分配特定的时间段来传输数据， 从而避免数据冲突。
• NCV7410 实现了一项独特功能： PLCA 优先模式。 较低的 PLCA ID 优先于较高的 PLCA ID， 提供了类似 CAN的仲裁机制：当任一站点开始传输时， 协调器（即头节点） 就会发送新的信标。
  
  

图 2：在 PLCA 中，协调器（头节点）通过信标发起通信，然后每个从属节点都有机会发送数据。

T30HM1TS2500 10BASE-T1S 以太网收发器 – Treo 产品预览
T30HM1TS2500 (T2500) 是一款先进的 10BASE-T1S 以太网收发器， 集成了介质访问控制器 (MAC-PHY)。 它是基于全新Treo 平台 (BCD65) 设计的新一代 10BASE-T1S 器件， 能够以 10 Mbps 的速度与连接到共享介质 (UTP) 的多个节点进行通信。

T30HM1TS2500QFNNW20 (4 x 4 mm) 封装

T2500 由 CSMA/CD MAC 和 PHY 组成， 并具备物理层冲突避免 (PLCA) 功能。 PLCA 可防止物理层冲突， 提高 CSMA/CD的吞吐量。 T2500 使用 SPI（时钟频率高达 25 MHz） 作为与更高层进行通信的接口。

相较于 NCV7410， T2500 支持更多特性， 例如：

• 拓扑发现（符合 TC14） ， 支持节点间的距离测量。
• 休眠/唤醒（符合 TC10） 配置功能， 休眠模式下电流消耗低 (35 µA)
• 时间戳（符合 TC6） ， 可实现精确的时间同步。
• 可直接连接电池（VBAT 引脚） ， 最高支持 48 V。
• 在更小、 更紧凑的 QFNW20 4 x 4 mm 封装中， 融入了更多功能。
  
  

10/100/1000BASE-T1S 以太网的 ESD 保护
SZESD9901 和 SZESD9902 旨在保护敏感的汽车电子设备免受 ESD、 浪涌及其他有害瞬变事件的影响。 这些器件符合OPEN Alliance 10/100/1000 BASE-T1 以太网和其他高速数据网络的规范。 这些器件可为收发器 PHY 的连接器侧提供双向 ESD 保护。 高触发电压 (≥ 100V) 功能如图 2 所示。 较高的触发电压可消除差分信号失真箝位。

图 3： SZESD9901 和 SZESD9902 的瞬态保护响应 I-V 曲线。

Treo 平台 – 技术概述
安森美开发了一款名为 Treo 的全新模拟和混合信号平台， 专门用于对能效、 集成度和性能的迫切需求。 Treo 平台采用65nm Bipolar-CMOS-DMOS (BCD) 工艺技术， 并支持 1 - 90V 的电压范围， 将进一步扩展安森美的智能电源和感知技术， 助力打造下一代电源管理 IC、 传感器接口、 专用通信器件和可靠的标准产品。 Treo 平台基于 BCD65 技术， 将三类晶体管的优点整合到一颗芯片中：

• 双极晶体管， 用于模拟功能。
• CMOS（互补金属氧化物半导体） 晶体管， 用于数字处理。
• DMOS（双重扩散金属氧化物半导体） 晶体管， 用于功率和高压元件。
  
  
  
  

尽管市面上已有其他 BCD 平台， 但安森美 Treo 平台的独特之处在于， 它提供了比目前任何其他平台更宽的电压范围(1-90 V)。 先进的 65nm 工艺技术实现了超高的集成度， 同时降低了功耗。

产品预览和样品
目前已有多款基于该平台的产品开发完成， 现已进入样品测试阶段， 其中包括电压转换器、 LDO 和多相控制器。 部分产品面向大众市场， 而另一些产品则是根据客户需求定制的。 从 2025 年开始， 安森美将利用该平台开发更多种类的产品， 包括电感位置传感器、 10BASE-T1S 以太网控制器、 DC-DC 转换器、 LDO、 多相控制器、 汽车 LED 驱动器、 电气安全 IC 等。

芯片面积缩小：
图 4 对比了 65 nm BCD 工艺技术 (BCD65– 2.5 V) 与之前的工艺节点 (180 nm – 3.3 V/ 5 V)。

• 从 180 nm 节点切换到 65 nm 节点时，每个功能（模拟、 数字、 高压电源） 的面积都有显著缩小。 图 4 显示， 比较器电路尺寸缩小了 45%。
• 在模拟（和混合信号） 领域， 保持相似精度的同时降低电压， 不仅可以降低芯片成本， 还可在更小的封装空间内集成更多功能。
  
  

图 4： BDC65 工艺已实现比较器电路尺寸缩小 45%。

4 通道 10A 集成电子保险丝
NIV3071 是一款 60 V DC、 65 V TR 电子保险丝， 在一个封装中集成了 4 个独立通道。 电子保险丝支持高达 10 A 的连续输出电流。 采用小型 5x6 mm WQFN16 封装。 每个集成电子保险丝都有固定的软启动时间。 所有通道共用可配置的电流限制。

该器件还具有控制和状态监测引脚， 适用于 12 V 至 48 V 的广泛汽车应用。

• 保护最多 4 个独立的 2.5 A 负载， 或将电子保险丝配置为单通道保护， 以驱动高达 10 A 的单个连续负载电流。
• 非常适合实现汽车区域控制器， 确保整个车辆的局部 ECU 受到保护且稳健可靠。
• 保护 12 V 和 48 V 下游负载免受输出短路、 过载和过电流事件的影响。 电子保险丝可以通过构建冗余网络来提高 48V
  电气架构的稳健性和可靠性。
• 请参阅应用手册获取更多信息，重点了解电子保险丝在汽车
  应用中的优势。
• 遵循 PCB 设计指南（参考设计），以实现良好的散热性能。
  
  

图 5： NIV3071 示例配置

由于一个车辆区域中有多个负载， 因此 NIV3071 的各个独立通道可灵活地在多种配置中驱动多个负载：
A. 4 个独立电源， 驱动 4 个独立负载， 每个负载 2.5A 连续电流。
B. 单个电源， 驱动 4 个独立负载， 每个负载 2.5A 连续电流。
C. 在单通道中使用该器件， 可驱动高达 10A 的连续负载电流。
D. 2 个独立电源， 驱动 2 个独立负载， 每个负载 5A 连续电流。

评估板 - 10BASE-T1S 以太网收发器
对于 NCV7410 10BASE-T1S 以太网收发器， 当前已有两款评估板 (EVB) 可用于评估。 如需获取评估板和配套的软件图形用户界面 (GUI)， 请联系安森美销售人员。 评估板按连接方式分为两种版本：

• MAC-PHY（SPI 接口） ， 通过 SPI 接口与 MCU 兼容（图 7） 。
• 10BASE-T1S 转 USB 加密狗（图 6） ， 可用于两种不同的用例：
• 通过 USB-C 端口将 PC 连接到 10BASE-T1S。 使用安森美的 GUI 来控制评估板。 引脚接头可连接到示波器或信号分析仪， 用于监测 MII 接口流量。
• 通过引脚接头连接到远程 MCU， 以评估 10BASE-T1S PHY。
  
  

图 6： EVB 10BASE-T1S 转 USB 加密狗

图 7：带 SPI 接口的评估板

NIV3071 电子保险丝 - 评估板
NIV3071 评估板可用于测试和评估 NIV3071 电子保险丝。 用户将直流电压施加到输入端， 可将（每个通道） 最多 4 个高达2.5 A的负载连接到输出端。 这款评估板具有 NIV3071 所有引脚的测试点， 可选择跳线进行调节， 而且具有用于设置电流限制的电位器。 这款评估板有两种版本：

• NIV3071MTW3GEVB - 闩锁版电子保险丝
• NIV3071MTW4GEVB - 自恢复版电子保险丝
  
  

图 8： NIV3071 评估板（左）和器件布局（右）（评估板上带有测试点引脚）。