【導(dǎo)讀】隨著電動汽車發(fā)展，區(qū)域控制架構(gòu)正成為行業(yè)關(guān)鍵趨勢。安森美指出，該架構(gòu)通過集中計算與分布式配電，大幅簡化線束設(shè)計，降低車輛重量與成本。區(qū)域控制器（ZCU）作為核心，集成智能開關(guān)器件如eFuses與SmartFETs，提升功能安全與故障應(yīng)對能力。同時，10BASE-T1S等以太網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)高效數(shù)據(jù)通信。安森美推出的NCV841x系列SmartFET及以太網(wǎng)評估板，為架構(gòu)演進提供了高性能半導(dǎo)體解決方案，助力汽車電氣化與智能化升級。
汽車電氣架構(gòu)升級，安森美如何推動區(qū)域控制架構(gòu)進化
作者：安森美
隨著電動汽車（EVs）的興起，區(qū)域架構(gòu)（Zonal Architecture）正逐步成為應(yīng)對汽車行業(yè)快速變革的關(guān)鍵方案。目前，低壓配電和車載網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域已涌現(xiàn)出多項重大技術(shù)突破。其中，分布式區(qū)域配電方式大幅簡化了線束設(shè)計，不僅降低了車輛重量，還減少了制造復(fù)雜度與成本。
軟件定義汽車（SDVs）的發(fā)展趨勢，正推動車企加速創(chuàng)新 —— 在區(qū)域控制器中集成具有保護功能的半導(dǎo)體開關(guān)便是重要方向之一。eFuses和SmartFETs能夠?qū)ω?fù)載、傳感器及執(zhí)行器提供保護，從而提升功能安全性，并優(yōu)化故障應(yīng)對表現(xiàn)。
與傳統(tǒng)的域架構(gòu)（Domain Architecture）不同，區(qū)域架構(gòu)實現(xiàn)了控制與計算的集中化：將原本分散在各個電子控制單元（ECUs）中的軟件，遷移至功能強大的中央計算機。這種架構(gòu)調(diào)整為下游電子設(shè)備的控制的配電管理提供了更高的靈活性。
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。 它從電源分配單元獲取電力，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。 借助汽車以太網(wǎng)， ZCU 還可充當(dāng)車輛的數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)， 通過 100/1000BASE-T1 以太網(wǎng)主干網(wǎng)， 與中央計算機進行上游通信。
與攝像頭、 傳感器、 激光雷達(dá)等邊緣節(jié)點的下游通信則建立在 10BASE-T1S 以太網(wǎng)上。 傳統(tǒng)的 ECU 仍可通過 CAN、 LIN 等傳統(tǒng)總線， 保持與 ZCU的連接。
ZCU 中的關(guān)鍵元件包括 SmartFET、 eFuse 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 可與中央計算機或其他車輛系統(tǒng)進行高效數(shù)據(jù)通信。 下面的框圖簡要展示了 ZCU 的組成結(jié)構(gòu)。
從傳統(tǒng)架構(gòu)到區(qū)域控制架構(gòu)
隨著車內(nèi)電子系統(tǒng)的不斷增加， 電力分配變得更加復(fù)雜， 線束的設(shè)計難度也大大增加。 基于域的傳統(tǒng)布線方法將相似功能（動力系統(tǒng)、 底盤、 信息娛樂系統(tǒng)、 車身和舒適度系統(tǒng)等） 連接到一起， 如今已不夠高效， 也不夠靈活。汽車行業(yè)正在從集中式配電轉(zhuǎn)向分布式區(qū)域配電。 傳統(tǒng)上分散在車內(nèi)各處的眾多 ECU 如今可由區(qū)域控制器 (ZCU) 取代。
單個電源分配單元 (PDU) 充當(dāng)配電樹的第一級。 PDU 連接到車輛的低壓 (LV) 電池或 HV-LV DC-DC 轉(zhuǎn)換器的輸出端， 由轉(zhuǎn)換器將高壓 (HV) 電池的電壓降低。 PDU 通過大電流保險絲提供主要保護， 并將電力智能分配至車輛內(nèi)的各個區(qū)域， 確保高效可靠的電源管理。 ZCU 在各自區(qū)域內(nèi)進一步分配電力并管理電氣元件， 大大減輕了線束的重量和復(fù)雜性。
借助汽車以太網(wǎng)， ZCU 還可充當(dāng)車輛的數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)， 通過100/1000BASE-T1 以太網(wǎng)主干網(wǎng)， 與中央計算機進行上游通信。 與攝像頭、 傳感器、 激光雷達(dá)等邊緣節(jié)點的下游通信則建立在 10BASE-T1S 以太網(wǎng)上。 傳統(tǒng)的 ECU 仍可通過 CAN、 LIN 和 FlexRay 等傳統(tǒng)總線， 保持與 ZCU 的連接。
2025+ 年代區(qū)域控制架構(gòu)示例
本示例中， 車輛被分為四個區(qū)域， 每個角落一個（圖 3） ， 由 ZCU 進行管理。 PDU 將電力分配到各個區(qū)域， 然后由ZCU 進一步管理配電樹的第二級。 這種分布式配電模式涵蓋了增加的冗余。 每個 ZCU 負(fù)責(zé)分配電力并管理按位置分組的電氣元件。 受保護的半導(dǎo)體開關(guān)（例如電子保險絲和 SmartFET） 可為負(fù)載、 傳感器和執(zhí)行器提供保護， 從而提高功能安全性， 更好地應(yīng)對功能故障情況。
圖 3：區(qū)域（分布式）配電
區(qū)域控制架構(gòu)產(chǎn)品
用于下橋保護的 SmartFET NCV841x“F”系列
安森美提供兩種系列的下橋 SmartFET：基礎(chǔ)型 NCV840x 和增強型 NCV841x。這兩個系列的引腳相互兼容， 且采用相同的封裝。 NCV841x 改進了 RSC 和短路保護性能， 可顯著延長器件的使用壽命。 NCV841x SmartFET 采用了溫差熱關(guān)斷技術(shù)， 可有效防止高熱瞬變對器件的破壞， 確保優(yōu)異的 RSC 性能。
NCV841x 系列具有非常平坦的溫度系數(shù)， 可在 -40℃至 125℃ 的溫度范圍內(nèi)保持一致的電流限制。 由于基本不受溫度影響， 因此無需為應(yīng)對寒冷天氣條件下的電流增大而選擇更粗的電線。 電線尺寸減小有助于降低車輛線束的成本和占用空間。過電流、 過壓保護， 集成漏極至柵極箝位和 ESD 保護。
NCV841x SmartFET 框圖，包括自我診斷和保護電路
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。
?10BASE-T1S 轉(zhuǎn) USB 加密狗， 可用于兩種不同的用例：
ü 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。
ü 通過引腳接頭連接到遠(yuǎn)程 MCU， 以評估 10BASE-T1S PHY。NCV841x SmartFET 框圖，包括自我診斷和保護電路。
