向軟件定義汽車 (SDV) 的轉(zhuǎn)型促使汽車制造商不斷創(chuàng)新，在區(qū)域控制器中集成受保護(hù)的半導(dǎo)體開關(guān)。電子保險絲和 SmartFET 可為負(fù)載、傳感器和執(zhí)行器提供保護(hù)，從而提高功能安全性，更好地應(yīng)對功能故障情況。不同于傳統(tǒng)的域架構(gòu)，區(qū)域控制架構(gòu)采用集中控制和計算的方式，將分散在各個 ECU 上的軟件統(tǒng)一交由強(qiáng)大的中央計算機(jī)處理，從而為下游的電子控制和配電提供了更高的靈活性。

本系統(tǒng)方案指南 (SSG) 探討了車輛區(qū)域控制架構(gòu)的最新趨勢和技術(shù)。第一篇介紹了區(qū)域控制架構(gòu)的市場趨勢，第二篇介紹了系統(tǒng)架構(gòu)和方案，本文將介紹區(qū)域控制器 (ZCU)框圖、NCV7410 10BASE-T1S 以太網(wǎng)收發(fā)器等。

方案概述

區(qū)域控制器 (ZCU) – 框圖

區(qū)域控制器 (ZCU) 是車輛區(qū)域控制架構(gòu)中的基本元素， 負(fù)責(zé)管理指定區(qū)域內(nèi)的配電。 ZCU 從 PDU 接收電力， 并將電力智能分配給所負(fù)責(zé)區(qū)域內(nèi)的各種電氣系統(tǒng)、 負(fù)載和傳感器。 傳統(tǒng)的 ECU 仍可通過 CAN、 LIN 等傳統(tǒng)總線， 保持與 ZCU 的連接。這種分布式方法大大降低了車輛線束的復(fù)雜性和重量。

ZCU 能夠集成多個關(guān)鍵組件， 如 SmartFET、 電子保險絲和分立 MOSFET。 ZCU 還支持高速通信網(wǎng)絡(luò)， 可利用 NCV7410 和T30HM1TS2500 等 10BASE-T1S 以太網(wǎng)收發(fā)器。 通過這些收發(fā)器， ZCU 可與中央計算機(jī)或其他車輛系統(tǒng)進(jìn)行高效數(shù)據(jù)通信。 目前有多種方案可供選擇， 能夠滿足不同汽車制造商及其車型的特定要求。 下面的框圖簡要展示了 ZCU 的組成結(jié)構(gòu)。

NCV7410 10BASE-T1S 以太網(wǎng)收發(fā)器 – 產(chǎn)品簡介

NCV7410 是一款符合 IEEE 802.3cg 規(guī)定且遵循 10BASE-T1S 標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)收發(fā)器， 集成了介質(zhì)訪問控制器 (MAC-PHY)。

它支持在共享介質(zhì)(多點) 網(wǎng)絡(luò)上運行， 單根雙絞線 (UTP / STP) 連接長度可達(dá) 25 米。 NCV7410 配有從屬模式 SPI 接口， 允許低引腳數(shù)連接到標(biāo)準(zhǔn)是主機(jī) MCU 或 SoC。 圖 1 中展示了這種連接。 它能以 10 Mbps 的速度與連接到共享介質(zhì)(UTP) 的多個節(jié)點進(jìn)行通信。

NCV7410 QFNNW32(5 x 5 mm) 封裝

圖 1： NCV7410 的應(yīng)用示意圖

10BASE-T1S 中的多點拓?fù)?/p>

多點拓?fù)淇赡苁瞧囈蕴W(wǎng)的革命性變革，它為區(qū)域控制架構(gòu)下的現(xiàn)代汽車網(wǎng)絡(luò)提供了經(jīng)濟(jì)、可擴(kuò)展且高效的方案。多個器件(節(jié)點)連接到同一根雙絞線電纜，形成類似總線的結(jié)構(gòu)。雖然與 CAN 等先前的技術(shù)類似，但具備了以太網(wǎng)功能。 通過新的區(qū)域控制架構(gòu)，基于域的復(fù)雜布線可得到簡化，更易于管理和維護(hù)。

多個節(jié)點：標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定至少可連接 8 個節(jié)點， 根據(jù)實際的實現(xiàn)方案和長度， 或可連接更多節(jié)點。 如今的車輛需要具備很

高的靈活性， 10BASE-T1S 支持輕松添加新節(jié)點， 無需進(jìn)行大量重新布線。

物理層沖突避免 (PLCA)： PLCA 機(jī)制會為每個節(jié)點分配特定的時間段來傳輸數(shù)據(jù)， 從而避免數(shù)據(jù)沖突。

NCV7410 實現(xiàn)了一項獨特功能： PLCA 優(yōu)先模式。 較低的 PLCA ID 優(yōu)先于較高的 PLCA ID， 提供了類似 CAN的仲裁機(jī)制：當(dāng)任一站點開始傳輸時， 協(xié)調(diào)器(即頭節(jié)點) 就會發(fā)送新的信標(biāo)。

圖 2：在 PLCA 中，協(xié)調(diào)器(頭節(jié)點)通過信標(biāo)發(fā)起通信，然后每個從屬節(jié)點都有機(jī)會發(fā)送數(shù)據(jù)。

T30HM1TS2500 10BASE-T1S 以太網(wǎng)收發(fā)器 – Treo 產(chǎn)品預(yù)覽

T30HM1TS2500 (T2500) 是一款先進(jìn)的 10BASE-T1S 以太網(wǎng)收發(fā)器， 集成了介質(zhì)訪問控制器 (MAC-PHY)。 它是基于全新Treo 平臺 (BCD65) 設(shè)計的新一代 10BASE-T1S 器件， 能夠以 10 Mbps 的速度與連接到共享介質(zhì) (UTP) 的多個節(jié)點進(jìn)行通信。

T30HM1TS2500QFNNW20 (4 x 4 mm) 封裝

T2500 由 CSMA/CD MAC 和 PHY 組成， 并具備物理層沖突避免 (PLCA) 功能。 PLCA 可防止物理層沖突， 提高 CSMA/CD的吞吐量。 T2500 使用 SPI(時鐘頻率高達(dá) 25 MHz) 作為與更高層進(jìn)行通信的接口。

相較于 NCV7410， T2500 支持更多特性， 例如：

拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)(符合 TC14) ， 支持節(jié)點間的距離測量。

休眠/喚醒(符合 TC10) 配置功能， 休眠模式下電流消耗低 (35 μA)

時間戳(符合 TC6) ， 可實現(xiàn)精確的時間同步。

可直接連接電池(VBAT 引腳) ， 最高支持 48 V。

在更小、 更緊湊的 QFNW20 4 x 4 mm 封裝中， 融入了更多功能。

10/100/1000BASE-T1S 以太網(wǎng)的 ESD 保護(hù)

SZESD9901 和 SZESD9902 旨在保護(hù)敏感的汽車電子設(shè)備免受 ESD、 浪涌及其他有害瞬變事件的影響。 這些器件符合OPEN Alliance 10/100/1000 BASE-T1 以太網(wǎng)和其他高速數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)范。 這些器件可為收發(fā)器 PHY 的連接器側(cè)提供雙向 ESD 保護(hù)。 高觸發(fā)電壓 (≥ 100V) 功能如圖 2 所示。 較高的觸發(fā)電壓可消除差分信號失真箝位。

圖 3： SZESD9901 和 SZESD9902 的瞬態(tài)保護(hù)響應(yīng) I-V 曲線。

Treo 平臺 – 技術(shù)概述

安森美開發(fā)了一款名為 Treo 的全新模擬和混合信號平臺， 專門用于對能效、 集成度和性能的迫切需求。 Treo 平臺采用65nm Bipolar-CMOS-DMOS (BCD) 工藝技術(shù)， 并支持 1 - 90V 的電壓范圍， 將進(jìn)一步擴(kuò)展安森美的智能電源和感知技術(shù)， 助力打造下一代電源管理 IC、 傳感器接口、 專用通信器件和可靠的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品。 Treo 平臺基于 BCD65 技術(shù)， 將三類晶體管的優(yōu)點整合到一顆芯片中：

雙極晶體管， 用于模擬功能。

CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體) 晶體管， 用于數(shù)字處理。

DMOS(雙重擴(kuò)散金屬氧化物半導(dǎo)體) 晶體管， 用于功率和高壓元件。

盡管市面上已有其他 BCD 平臺， 但安森美 Treo 平臺的獨特之處在于， 它提供了比目前任何其他平臺更寬的電壓范圍(1-90 V)。 先進(jìn)的 65nm 工藝技術(shù)實現(xiàn)了超高的集成度， 同時降低了功耗。

產(chǎn)品預(yù)覽和樣品

目前已有多款基于該平臺的產(chǎn)品開發(fā)完成， 現(xiàn)已進(jìn)入樣品測試階段， 其中包括電壓轉(zhuǎn)換器、 LDO 和多相控制器。 部分產(chǎn)品面向大眾市場， 而另一些產(chǎn)品則是根據(jù)客戶需求定制的。 從 2025 年開始， 安森美將利用該平臺開發(fā)更多種類的產(chǎn)品， 包括電感位置傳感器、 10BASE-T1S 以太網(wǎng)控制器、 DC-DC 轉(zhuǎn)換器、 LDO、 多相控制器、 汽車 LED 驅(qū)動器、 電氣安全 IC 等。

芯片面積縮?。?/p>

圖 4 對比了 65 nm BCD 工藝技術(shù) (BCD65– 2.5 V) 與之前的工藝節(jié)點 (180 nm – 3.3 V/ 5 V)。

從 180 nm 節(jié)點切換到 65 nm 節(jié)點時，每個功能(模擬、 數(shù)字、 高壓電源) 的面積都有顯著縮小。 圖 4 顯示， 比較器電路尺寸縮小了 45%。

在模擬(和混合信號) 領(lǐng)域， 保持相似精度的同時降低電壓， 不僅可以降低芯片成本， 還可在更小的封裝空間內(nèi)集成更多功能。

圖 4： BDC65 工藝已實現(xiàn)比較器電路尺寸縮小 45%。

4 通道 10A 集成電子保險絲

NIV3071 是一款 60 V DC、 65 V TR 電子保險絲， 在一個封裝中集成了 4 個獨立通道。 電子保險絲支持高達(dá) 10 A 的連續(xù)輸出電流。 采用小型 5x6 mm WQFN16 封裝。 每個集成電子保險絲都有固定的軟啟動時間。 所有通道共用可配置的電流限制。

該器件還具有控制和狀態(tài)監(jiān)測引腳， 適用于 12 V 至 48 V 的廣泛汽車應(yīng)用。

保護(hù)最多 4 個獨立的 2.5 A 負(fù)載， 或?qū)㈦娮颖ｋU絲配置為單通道保護(hù)， 以驅(qū)動高達(dá) 10 A 的單個連續(xù)負(fù)載電流。

非常適合實現(xiàn)汽車區(qū)域控制器， 確保整個車輛的局部 ECU 受到保護(hù)且穩(wěn)健可靠。

保護(hù) 12 V 和 48 V 下游負(fù)載免受輸出短路、 過載和過電流事件的影響。 電子保險絲可以通過構(gòu)建冗余網(wǎng)絡(luò)來提高 48V

電氣架構(gòu)的穩(wěn)健性和可靠性。

請參閱應(yīng)用手冊獲取更多信息，重點了解電子保險絲在汽車應(yīng)用中的優(yōu)勢。

遵循 PCB 設(shè)計指南(參考設(shè)計)，以實現(xiàn)良好的散熱性能。

圖 5： NIV3071 示例配置

由于一個車輛區(qū)域中有多個負(fù)載， 因此 NIV3071 的各個獨立通道可靈活地在多種配置中驅(qū)動多個負(fù)載：

A. 4 個獨立電源， 驅(qū)動 4 個獨立負(fù)載， 每個負(fù)載 2.5A 連續(xù)電流。

B. 單個電源， 驅(qū)動 4 個獨立負(fù)載， 每個負(fù)載 2.5A 連續(xù)電流。

C. 在單通道中使用該器件， 可驅(qū)動高達(dá) 10A 的連續(xù)負(fù)載電流。

D. 2 個獨立電源， 驅(qū)動 2 個獨立負(fù)載， 每個負(fù)載 5A 連續(xù)電流。

評估板 - 10BASE-T1S 以太網(wǎng)收發(fā)器

對于 NCV7410 10BASE-T1S 以太網(wǎng)收發(fā)器， 當(dāng)前已有兩款評估板 (EVB) 可用于評估。 如需獲取評估板和配套的軟件圖形用戶界面 (GUI)， 請聯(lián)系安森美銷售人員。 評估板按連接方式分為兩種版本：

MAC-PHY(SPI 接口) ， 通過 SPI 接口與 MCU 兼容(圖 7) 。

10BASE-T1S 轉(zhuǎn) USB 加密狗(圖 6) ， 可用于兩種不同的用例：

通過 USB-C 端口將 PC 連接到 10BASE-T1S。 使用安森美的 GUI 來控制評估板。 引腳接頭可連接到示波器或信號分析儀， 用于監(jiān)測 MII 接口流量。

通過引腳接頭連接到遠(yuǎn)程 MCU， 以評估 10BASE-T1S PHY。

圖 6： EVB 10BASE-T1S 轉(zhuǎn) USB 加密狗

圖 7：帶 SPI 接口的評估板

NIV3071 電子保險絲 - 評估板

NIV3071 評估板可用于測試和評估 NIV3071 電子保險絲。 用戶將直流電壓施加到輸入端， 可將(每個通道) 最多 4 個高達(dá)2.5 A的負(fù)載連接到輸出端。 這款評估板具有 NIV3071 所有引腳的測試點， 可選擇跳線進(jìn)行調(diào)節(jié)， 而且具有用于設(shè)置電流限制的電位器。 這款評估板有兩種版本：

NIV3071MTW3GEVB - 閂鎖版電子保險絲

NIV3071MTW4GEVB - 自恢復(fù)版電子保險絲

圖 8： NIV3071 評估板(左)和器件布局(右)(評估板上帶有測試點引腳)。