【導讀】隨著電動汽車發展，區域控制架構正成為行業關鍵趨勢。安森美指出，該架構通過集中計算與分布式配電，大幅簡化線束設計，降低車輛重量與成本。區域控制器（ZCU）作為核心，集成智能開關器件如eFuses與SmartFETs，提升功能安全與故障應對能力。同時，10BASE-T1S等以太網技術實現高效數據通信。安森美推出的NCV841x系列SmartFET及以太網評估板，為架構演進提供了高性能半導體解決方案，助力汽車電氣化與智能化升級。
汽車電氣架構升級，安森美如何推動區域控制架構進化
作者：安森美
隨著電動汽車（EVs）的興起，區域架構（Zonal Architecture）正逐步成為應對汽車行業快速變革的關鍵方案。目前，低壓配電和車載網絡領域已涌現出多項重大技術突破。其中，分布式區域配電方式大幅簡化了線束設計，不僅降低了車輛重量，還減少了制造復雜度與成本。
軟件定義汽車（SDVs）的發展趨勢，正推動車企加速創新 —— 在區域控制器中集成具有保護功能的半導體開關便是重要方向之一。eFuses和SmartFETs能夠對負載、傳感器及執行器提供保護，從而提升功能安全性，并優化故障應對表現。
與傳統的域架構（Domain Architecture）不同，區域架構實現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。這種架構調整為下游電子設備的控制的配電管理提供了更高的靈活性。
區域控制器 (ZCU) 是車輛區域控制架構中的基本元素， 負責管理指定區域內的配電。 它從電源分配單元獲取電力，并將電力智能分配給所負責區域內的各種電氣系統、 負載和傳感器。 借助汽車以太網， ZCU 還可充當車輛的數據和網絡網關， 通過 100/1000BASE-T1 以太網主干網， 與中央計算機進行上游通信。
與攝像頭、 傳感器、 激光雷達等邊緣節點的下游通信則建立在 10BASE-T1S 以太網上。 傳統的 ECU 仍可通過 CAN、 LIN 等傳統總線， 保持與 ZCU的連接。
ZCU 中的關鍵元件包括 SmartFET、 eFuse 和分立 MOSFET。 ZCU 還支持高速通信網絡， 可利用 NCV7410 和T30HM1TS2500 等 10BASE-T1S 以太網收發器。 通過這些收發器， ZCU 可與中央計算機或其他車輛系統進行高效數據通信。 下面的框圖簡要展示了 ZCU 的組成結構。
從傳統架構到區域控制架構
隨著車內電子系統的不斷增加， 電力分配變得更加復雜， 線束的設計難度也大大增加。 基于域的傳統布線方法將相似功能（動力系統、 底盤、 信息娛樂系統、 車身和舒適度系統等） 連接到一起， 如今已不夠高效， 也不夠靈活。汽車行業正在從集中式配電轉向分布式區域配電。 傳統上分散在車內各處的眾多 ECU 如今可由區域控制器 (ZCU) 取代。
單個電源分配單元 (PDU) 充當配電樹的第一級。 PDU 連接到車輛的低壓 (LV) 電池或 HV-LV DC-DC 轉換器的輸出端， 由轉換器將高壓 (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的各個區域， 確保高效可靠的電源管理。 ZCU 在各自區域內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雜性。
借助汽車以太網， ZCU 還可充當車輛的數據和網絡網關， 通過100/1000BASE-T1 以太網主干網， 與中央計算機進行上游通信。 與攝像頭、 傳感器、 激光雷達等邊緣節點的下游通信則建立在 10BASE-T1S 以太網上。 傳統的 ECU 仍可通過 CAN、 LIN 和 FlexRay 等傳統總線， 保持與 ZCU 的連接。
2025+ 年代區域控制架構示例
本示例中， 車輛被分為四個區域， 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 負責分配電力并管理按位置分組的電氣元件。 受保護的半導體開關（例如電子保險絲和 SmartFET） 可為負載、 傳感器和執行器提供保護， 從而提高功能安全性， 更好地應對功能故障情況。
圖 3：區域（分布式）配電
區域控制架構產品
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 采用了溫差熱關斷技術， 可有效防止高熱瞬變對器件的破壞， 確保優異的 RSC 性能。
NCV841x 系列具有非常平坦的溫度系數， 可在 -40℃至 125℃ 的溫度范圍內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 以太網收發器
對于 NCV7410 10BASE-T1S 以太網收發器， 當前已有兩款評估板 (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 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， 用于監測 MII 接口流量。
ü 通過引腳接頭連接到遠程 MCU， 以評估 10BASE-T1S PHY。NCV841x SmartFET 框圖，包括自我診斷和保護電路。
